(57)【要約】【課題】光学系の設置間隔を調整可能にして、固体レーザ装置から発生するレーザ光の出力を最適な状態にする。【解決手段】固体レーザ装置１００は、励起光を放射する半導体レーザ素子１と、励起光を集光する集光光学系２と、集光された励起光により励起されてレーザ光を発生する固体レーザ媒質３と、集光光学系２を保持する保持部４ａおよび固体レーザ媒質３が載置される載置部４ｂを有する保持部材４と、半導体レーザ素子１が実装された第１基板１１と、一方の表面１２ａに第１基板１１が実装されかつ保持部材４が載置される第２基板１２とを備えている。保持部材４は、集光光学系２が半導体レーザ素子１と対向するように、第２基板１２の表面１２ａに載置されて、第１固定材３１により固定される。固体レーザ媒質３は、入射面３ａが集光光学系２を介して半導体レーザ素子１と対向するように、載置部４ｂに載置されて、第２固定材３２により固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を放射する半導体レーザ素子と、
前記励起光を集光する集光光学系と、
集光された前記励起光によって励起されてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、を備えた固体レーザ装置において、
前記集光光学系を保持する保持部および前記固体レーザ媒質が載置される載置部を有する保持部材と、
前記半導体レーザ素子が実装された第１基板と、
一方の表面に前記第１基板が実装されかつ前記保持部材が載置される第２基板と、をさらに備え、
前記保持部材は、前記集光光学系が前記半導体レーザ素子と対向するように、前記第２基板の前記一方の表面に載置されて、第１固定材により前記一方の表面に固定され、
前記固体レーザ媒質は、前記励起光が入射する入射面が前記集光光学系を介して前記半導体レーザ素子と対向するように、前記載置部に載置されて、第２固定材により前記載置部に固定されている、ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体レーザ装置において、
前記保持部材は、前記第２基板の前記一方の表面に載置されて、前記励起光の光軸方向に摺動可能である、ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の固体レーザ装置において、
前記固体レーザ媒質は、前記保持部材の前記載置部に載置されて、前記励起光の光軸方向に摺動可能である、ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の固体レーザ装置において、
前記集光光学系は、
前記半導体レーザ素子から放射された前記励起光を平行光にするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズから出射された平行光を前記固体レーザ媒質の入射面に集光する集光レンズと、から構成されている、ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項５】
励起光を放射する半導体レーザ素子と、
前記励起光を集光する集光光学系と、
集光された前記励起光によって励起されてレーザ光を発生する固体レーザ媒質と、
前記集光光学系を保持する保持部および前記固体レーザ媒質が載置される載置部を有する保持部材と、
前記半導体レーザ素子が実装された第１基板と、
一方の表面に前記第１基板が実装されかつ前記保持部材が載置される第２基板と、を備えた固体レーザ装置の製造方法であって、
前記第１基板に前記半導体レーザ素子を実装する第１工程と、
前記第２基板の一方の表面に前記第１基板を実装する第２工程と、
前記集光光学系を前記保持部材の前記保持部で保持する第３工程と、
前記集光光学系が前記半導体レーザ素子と対向するように、前記保持部材を前記第２基板の前記一方の表面に載置する第４工程と、
前記励起光が入射する前記固体レーザ媒質の入射面が、前記集光光学系を介して前記半導体レーザ素子と対向するように、前記固体レーザ媒質を前記保持部材の前記載置部に載置する第５工程と、
前記保持部材を前記第２基板の前記一方の表面に第１固定材により固定する第６工程と、
前記固体レーザ媒質を前記保持部材の前記載置部に第２固定材により固定する第７工程と、を含む、ことを特徴とする固体レーザ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の固体レーザ装置の製造方法において、
前記第６工程は、少なくとも前記第１〜第５工程の後に実行され、
前記第６工程では、
前記半導体レーザ素子から前記励起光を放射させることにより前記固体レーザ媒質から発生するレーザ光を測定装置により測定し、
前記測定装置の測定結果に基づいて、前記保持部材を前記第２基板の前記一方の表面上で前記励起光の光軸方向に摺動させて、前記保持部材を位置決めし、
その後、前記第１固定材により前記保持部材を前記第２基板の前記一方の表面に固定する、ことを特徴とする固体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の固体レーザ装置の製造方法において、
前記第７工程は、少なくとも前記第１〜第５工程の後に実行され、
前記第７工程では、
前記半導体レーザ素子から前記励起光を放射させることにより前記固体レーザ媒質から発生するレーザ光を測定装置により測定し、
前記測定装置の測定結果に基づいて、前記固体レーザ媒質を前記保持部材の前記載置部上で前記励起光の光軸方向に摺動させて、前記固体レーザ媒質を位置決めし、
その後、前記第２固定材により前記固体レーザ媒質を前記載置部に固定する、ことを特徴とする固体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子から放射した励起光により固体レーザ媒質を励起して、レーザ光を発生する固体レーザ装置の構造と製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子から放射した励起光を、レンズなどの集光光学系により集光して、固体レーザ媒質に入射させることにより、固体レーザ媒質を励起して、固体レーザ媒質からレーザ光（発振光）を発生させる固体レーザ装置がある。この種の固体レーザ装置では、たとえば特許文献１〜３に開示されているように、半導体レーザ素子、集光光学系、および固体レーザ媒質を励起光の光軸方向に順に配列して、パッケージや基板などに固定している。
【０００３】
特許文献１には、小形で簡単な固体レーザ装置の構造が開示されている。詳しくは、ＹＡＧロッド（固体レーザ媒質）の両端面に光共振器用の反射鏡を形成している。そして、半導体レーザチップ（半導体レーザ素子）、セルフォック（登録商標）レンズ（集光光学系）、およびＹＡＧロッドをパッケージ内で正確に光軸が合うように配列して、紫外線硬化エポキシ樹脂でパッケージに固定している。
【０００４】
特許文献２および特許文献３には、固体レーザ装置から発生するレーザ光（発振光）の出力（光量）を最適な状態にするために、半導体レーザ素子、集光光学系、および固体レーザ媒質の各光軸が一致するように調整する構造と方法とが開示されている。
【０００５】
特許文献２では、固体レーザ装置が、励起ユニットと共振器ユニットから構成されている。励起ユニットは、半導体レーザ、ファイバーレンズ（集光光学系）、集光レンズ（集光光学系）、半導体レーザホルダ、および光学系ホルダから構成されている。半導体レーザホルダは、半導体レーザとファイバーレンズを保持する。光学系ホルダは、半導体レーザホルダと集光レンズを保持する。共振器ユニットは、固体レーザ媒質、非線形光学素子、および共振器ホルダから構成されている。共振器ホルダは、固体レーザ媒質と非線形光学素子とを保持する。各ユニットで組み立てと光軸の調整が行われた後、ユニット同士の組み立てと光軸の調整が行われ、最後に共振器ユニットを保持した励起ユニットがベース板などを介して金属基板に搭載される。
【０００６】
特許文献３では、ボンディング装置のテーブル上に設置された基板上にレーザダイオード（半導体レーザ素子）を実装し、レーザダイオードから放射された励起光を測定装置で測定して、該測定結果に基づいて測定装置を位置決めする。次に、ボンディングツールによりチャックした反射面付きの固体レーザ発振素子（固体レーザ媒質）をレーザダイオードと測定装置の間の基板上に載置する。次に、励起光の光軸に対して垂直なＹ方向にテーブルを移動させたり、ボンディングツールを昇降機構によりＺ方向(上下方向)に移動させたり、ボンディングツールをサーボモータでＺ軸回りに回転させたりする。そして、測定装置で測定した励起光の光量が最大になる位置で固体レーザ発振素子を位置決めし、固体レーザ発振素子に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させて、固体レーザ発振素子を基板上に固定する。
【０００７】
しなしながら、固体レーザ装置から発生するレーザ光（発振光）の出力を最適な状態にするためには、半導体レーザ素子、集光光学系、および固体レーザ媒質といった光学系の各光軸を一致させるだけでなく、これら光学系の設置間隔も調整する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−３３７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２１０８９９号公報
【特許文献３】特許第３６０１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、光学系の設置間隔を調整可能にして、固体レーザ装置から発生するレーザ光の出力を最適な状態にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による固体レーザ装置は、励起光を放射する半導体レーザ素子と、励起光を集光する集光光学系と、集光された励起光によって励起されてレーザ光を発生する固体レーザ媒質とを備え、さらに、集光光学系を保持する保持部および固体レーザ媒質が載置される載置部を有する保持部材と、半導体レーザ素子が実装された第１基板と、一方の表面に第１基板が実装されかつ保持部材が載置される第２基板とを備えている。そして、保持部材は、集光光学系が半導体レーザ素子と対向するように、第２基板の一方の表面に載置されて、第１固定材により第２基板の一方の表面に固定され、固体レーザ媒質は、励起光が入射する入射面が集光光学系を介して半導体レーザ素子と対向するように、保持部材の載置部に載置されて、第２固定材により載置部に固定されている。
【００１１】
上記構成によると、半導体レーザ素子が実装された第１基板を第２基板の一方の表面に実装し、かつ保持部材の保持部で集光光学系を保持する。それから、集光光学系が半導体レーザ素子と対向するように、保持部材を第２基板の一方の表面に載置して、半導体レーザ素子が放射する励起光の光軸方向に保持部材を動かすことで、半導体レーザ素子と集光光学系との設置間隔を調整することができる。また、固体レーザ媒質の入射面が集光光学系を介して半導体レーザ素子と対向するように、固体レーザ媒質を保持部材の載置部に載置して、励起光の光軸方向に固体レーザ媒質を動かすことで、半導体レーザ素子や集光光学系に対する固体レーザ媒質の設置間隔を調整することができる。そして、半導体レーザ素子、集光光学系、および固体レーザ媒質の設置間隔を調整することにより、固体レーザ装置から発生するレーザ光の出力を最適な状態に向上させることが可能となる。
【００１２】
本発明では、上記固体レーザ装置において、保持部材は、第２基板の一方の表面に載置されて、励起光の光軸方向に摺動可能であってもよい。
【００１３】
また、本発明では、上記固体レーザ装置において、固体レーザ媒質は、保持部材の載置部に載置されて、励起光の光軸方向に摺動可能であってもよい。
【００１４】
さらに、本発明では、上記固体レーザ装置において、集光光学系は、半導体レーザ素子から放射された励起光を平行光にするコリメートレンズと、コリメートレンズから出射された平行光を固体レーザ媒質の入射面に集光する集光レンズとから構成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明による固体レーザ装置の製造方法は、第１基板に半導体レーザ素子を実装する第１工程と、第２基板の一方の表面に第１基板を実装する第２工程と、集光光学系を保持部材の保持部で保持する第３工程と、集光光学系が半導体レーザ素子と対向するように、保持部材を第２基板の一方の表面に載置する第４工程と、励起光が入射する固体レーザ媒質の入射面が、集光光学系を介して半導体レーザ素子と対向するように、固体レーザ媒質を保持部材の載置部に載置する第５工程と、保持部材を第２基板の一方の表面に第１固定材により固定する第６工程と、固体レーザ媒質を保持部材の載置部に第２固定材により固定する第７工程とを含む。
【００１６】
上記方法によると、第１〜第３工程を実行した後、第４工程を実行してから、第６工程を実行する前に、半導体レーザ素子からの励起光の光軸方向に保持部材を動かすことで、半導体レーザ素子と集光光学系との設置間隔を調整することができる。また、第５工程を実行してから、第７工程を実行する前に、励起光の光軸方向に固体レーザ媒質を動かすことで、半導体レーザ素子や集光光学系に対する固体レーザ媒質の設置間隔を調整することができる。そして、半導体レーザ素子、集光光学系、および固体レーザ媒質の設置間隔を調整することにより、固体レーザ装置から発生するレーザ光の出力を最適な状態に向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明では、上記固体レーザ装置の製造方法において、第６工程は、少なくとも第１〜第５工程の後に実行され、第６工程では、半導体レーザ素子から励起光を放射させることにより固体レーザ媒質から発生するレーザ光を測定装置により測定し、当該測定装置の測定結果に基づいて、保持部材を第２基板の一方の表面上で励起光の光軸方向に摺動させて、保持部材を位置決めし、その後、第１固定材により保持部材を第２基板の一方の表面に固定してもよい。
【００１８】
さらに、本発明では、上記固体レーザ装置の製造方法において、第７工程は、少なくとも第１〜第５工程の後に実行され、第７工程では、半導体レーザ素子から励起光を放射させることにより固体レーザ媒質から発生するレーザ光を測定装置により測定し、当該測定装置の測定結果に基づいて、固体レーザ媒質を保持部材の載置部上で励起光の光軸方向に摺動させて、固体レーザ媒質を位置決めし、その後、第２固定材により固体レーザ媒質を載置部に固定してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学系の設置間隔を調整可能にして、固体レーザ装置から発生するレーザ光の出力を最適な状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による固体レーザ装置の側面図である。
【図２】図１の固体レーザ装置の平面図である。
【図３】図１の固体レーザ装置の光学系の模式図である。
【図４】図１の固体レーザ装置の組立手順を示した図である。
【図５】図１の固体レーザ装置の光学系の位置調整手順を示した図である。
【図６】図１の固体レーザ装置の光学系の位置調整機構を示した図である。
【図７】図１の固体レーザ装置の光学系の位置調整機構を示した図である。
【図８】図１の固体レーザ装置の光学系の位置と励起光のスポットとの関係を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
【００２２】
まず、本発明の実施形態による固体レーザ装置１００の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、固体レーザ装置１００の側面図である。図２は、固体レーザ装置１００の平面図である。図３は、固体レーザ装置１００の光学系の模式図である。
【００２４】
固体レーザ装置１００は、いわゆるマイクロチップレーザモジュールである。図１および図２に示すように、固体レーザ装置１００には、半導体レーザ素子１、集光光学系２、固体レーザ媒質３、保持部材４、第１基板１１、第２基板１２、ペルチェ素子５、およびカバー６などが備わっている。このうち、半導体レーザ素子１、集光光学系２、および固体レーザ媒質３が光学系である。
【００２５】
半導体レーザ素子１は、固体レーザ媒質３を励起するための励起光（レーザ光）をＹ方向に放射する。半導体レーザ素子１から放射された励起光は、ＦＡＳＴ軸方向（図１のＺ方向）に拡散して行く。本例では、励起光の出力をある程度大きく確保するため、半導体レーザ素子１を複数設けている（図２）。
【００２６】
集光光学系２は、コリメートレンズ２１と集光レンズ２２とから構成されている。図３に示すように、コリメートレンズ２１は、半導体レーザ素子１から放射された励起光をＦＡＳＴ軸方向（Ｚ方向）に屈折させて平行光にする。なお、図３では、両端にある半導体レーザ素子１から放射された励起光だけを、破線の矢印で示している。それ以外の半導体レーザ素子１から放射された励起光は、該半導体レーザ素子１の前方近傍だけを破線で示している。後述する図８も同様である。
【００２７】
集光レンズ２２は、たとえばシリンドリカルレンズから成る。集光レンズ２２は、コリメートレンズ２１から出射された平行光をＸ方向に屈折させて固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光する。他の例として、たとえば凸レンズなどを、集光レンズ２２として用いてもよい。
【００２８】
コリメートレンズ２１と集光レンズ２２の光軸Ｑは、半導体レーザ素子１からの励起光の放射方向Ｙと平行になっている。以下、Ｙ方向を光軸方向Ｙという。
【００２９】
固体レーザ媒質３は、集光光学系２により集光された励起光が入射面３ａから入射することによって励起される。そして、固体レーザ媒質３は、図１および図２に示す出射面３ｂからレーザ光（発振光）を光軸方向Ｙに放射する。なお、入射面３ａには、励起光の波長の光を透過し、固体レーザ媒質３の基本波長の光を反射する膜が形成されている（図示省略）。また、出射面３ｂには、固体レーザ媒質３の基本波長の光を、たとえば５０％反射する膜が形成されている（図示省略）。これらの膜は、固体レーザ媒質３の両面３ａ、３ｂに直接形成する代わりに、２枚のガラスなどの別部材にそれぞれ形成して、該別部材を固体レーザ媒質３の入射側と出射側に配置してもよい。因みに、固体レーザ媒質３としてＮｄ：ＹＡＧを用いた場合、固体レーザ媒質３の基本波長は、１０６４ｎｍである。
【００３０】
保持部材４は、集光光学系２の２つのレンズ２１、２２を保持する保持部４ａと、固体レーザ媒質３を載置する載置部４ｂとを有している。
【００３１】
第１基板１１の一方の表面（図１で上面）１１ａには、半導体レーザ素子１が複数実装されている。複数の半導体レーザ素子１は、第１基板１１の表面１１ａにおいて、幅方向Ｘに配列されている（図２および図３）。幅方向Ｘは、光軸方向Ｙと上下方向Ｚに対して垂直である。光軸方向Ｙは、上下方向Ｚに対しても垂直である。
【００３２】
第２基板１２は、アルミニウムなどの金属製の基板から成る。第２基板１２の一方の表面（図１で上面）１２ａには、ペルチェ素子５と第１基板１１が実装されている。また、第２基板１２の表面１２ａには、保持部材４が載置されている。
【００３３】
保持部材４は、保持部４ａで保持した集光光学系２のコリメートレンズ２１が、第１基板１１に実装された半導体レーザ素子１と対向するように、第２基板１２の表面１２ａに載置されている。保持部材４と第２基板１２とは、第１固定材３１により固定されている。第１固定材３１は、たとえばＵＶ（紫外線）接着剤から成る。他の例として、たとえば、エポキシ樹脂系の接着剤やはんだなどにより、保持部材４と第２基板１２とを固定してもよい。
【００３４】
保持部材４の載置部４ｂには、入射面３ａが集光レンズ２２と対向するように、固体レーザ媒質３が載置されている。固体レーザ媒質３と保持部材４の載置部４ｂとは、第２固定材３２により固定されている。第２固定材３２は、たとえばＵＶ接着剤から成る。他の例として、たとえばエポキシ樹脂系の接着剤などにより、固体レーザ媒質３を載置部４ｂに固定してもよい。
【００３５】
コリメートレンズ２１および集光レンズ２２は、保持部材４の保持部４ａに対して第３固定材３３により固定されている。第３固定材３３は、たとえばＵＶ接着剤から成る。他の例として、たとえばエポキシ樹脂系の接着剤などにより、コリメートレンズ２１および集光レンズ２２を保持部４ａに固定してもよい。
【００３６】
カバー６は、第２基板１２の表面１２ａに固定されて、光学系の各部１〜３と保持部材４とペルチェ素子５と第１基板１１とを覆っている。固体レーザ媒質３の出射面３ｂと対向するように、カバー６の一側面には出射窓６ａが設けられている。固体レーザ媒質３の出射面３ｂから出射されたレーザ光は、カバー６の出射窓６ａを通って外部へ放射される。
【００３７】
半導体レーザ素子１およびペルチェ素子５は、基板１１、１２に形成された電気配線や外部配線を介して、外部にある制御装置（図示省略）と電気的に接続される（詳細図示省略）。その制御装置は、半導体レーザ素子１およびペルチェ素子５の駆動を制御する。ペルチェ素子５は、半導体レーザ素子１の温度を適切にコントロールするために用いられる。
【００３８】
次に、固体レーザ装置１００の製造方法を、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００３９】
図４は、固体レーザ装置１００の組立手順を示した図である。まず、図４（ａ）に示すように、複数の半導体レーザ素子１を第１基板１１の表面１１ａの所定位置にはんだなどにより実装する。このとき、各半導体レーザ素子１が同一の光軸方向Ｙにレーザ光（励起光）を放射するように、複数の半導体レーザ素子１を第１基板１１の表面１１ａにおいて幅方向Ｘに所定の間隔で配列する（図２、図３）。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２基板１２の一方の表面１２ａの所定位置に、第１基板１１とペルチェ素子５とを実装する。このとき、半導体レーザ素子１が実装された第１基板１１の表面１１ａを、第２基板１２と反対側に向ける。第１基板１１と第２基板１２との間には、ペルチェ素子５を介在させる。第１基板１１と第２基板１２とは、たとえばワイヤボンディング（図示省略）により電気的に接続される。これにより、半導体レーザ素子１が、第１基板１１とワイヤボンディングを介して、第２基板１２と電気的に接続される。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、保持部材４の保持部４ａに集光光学系２のコリメートレンズ２１と集光レンズ２２とを取り付ける。詳しくは、まず、保持部４ａの入射側に形成された第１取り付け部４ｃの下面と側面とに、第３固定材３３であるＵＶ接着剤を塗布する（図２も参照）。また、保持部４ａの出射側に形成された第２取り付け部４ｄの下面と側面に、第３固定材３３であるＵＶ接着剤を塗布する（図２も参照）。各取り付け部４ｃ、４ｄは、レーザ光が各レンズ２１、２２を透過できるように、逆門形に形成されている。
【００４２】
次に、第１取り付け部４ｃにコリメートレンズ２１を載置し、第２取り付け部４ｄに集光レンズ２２を載置する。このとき、コリメートレンズ２１の出射面２１ｂと集光レンズ２２の出射面２２ｂとを載置部４ｂ側へ向ける。次に、両レンズ２１、２２の間にくさび状治具４９を差し込んで、コリメートレンズ２１の入射面２１ａの周縁部を第１取り付け部４ｃの側面に押し付け、集光レンズ２２の出射面２２ｂの周縁部を第２取り付け部４ｄの側面（図２）に押し付ける。また、コリメートレンズ２１と集光レンズ２２の光軸Ｑを、たとえば公知の方法で一致させる（詳細説明省略）。そして、紫外線照射装置（図示省略）により紫外線を照射して、第３固定材３３を硬化させ、各取り付け部４ｃ、４ｄに各レンズ２１、２２を固定する。この後、両レンズ２１、２２の間からくさび状治具４９を除去する。
【００４３】
次に、図４（ｄ）に示すように、保持部材４を第２基板１２の表面１２ａの初期位置に載置する。このとき、集光光学系２のコリメートレンズ２１の入射面２１ａを半導体レーザ素子１と対向させる。本例では、第２基板１２上の保持部材４の初期位置を、半導体レーザ素子１からコリメートレンズ２１の焦点距離だけ離れた位置に設定している。これにより、半導体レーザ素子１から放射された励起光が、コリメートレンズ２１によってＺ方向に対して垂直でかつＹ方向に対して平行な平行光となる。保持部材４と第２基板１２との間には、図１の第１固定材３１であるＵＶ接着剤を予め塗布しておく（図示省略）。
【００４４】
次に、図４（ｅ）に示すように、固体レーザ媒質３を保持部材４の載置部４ｂの初期位置に載置する。このとき、固体レーザ媒質３の入射面３ａが、集光光学系２を介して半導体レーザ素子１と対向するように、固体レーザ媒質３を載置部４ｂに載置する。これにより、半導体レーザ素子１から放射されたレーザ光（励起光）が、入射面３ａから固体レーザ媒質３に入射する。また本例では、載置部４ｂ上の固体レーザ媒質３の初期位置を、集光レンズ２２から当該レンズの焦点距離だけ離れた位置に設定している。固体レーザ媒質３と載置部４ｂとの間には、図１の第２固定材３２であるＵＶ接着剤を予め塗布しておく（図示省略）。
【００４５】
そして、半導体レーザ素子１と集光光学系２と固体レーザ媒質３の各光軸Ｑを、たとえば公知の方法で一致させる（詳細説明省略）。この後、下記のように、光学系である半導体レーザ素子１と集光光学系２と固体レーザ媒質３の光軸方向Ｑの位置を調整してから、これらを固定する。
【００４６】
図５は、固定レーザ装置１００の光学系の位置調整手順を示した図である。図６および図７は、固定レーザ装置１００の光学系の位置調整機構を示した平面図である。図８は、固体レーザ装置１００の光学系の位置と励起光のスポットＳとの関係を示した模式図である。
【００４７】
まず、図６に示すように、第１治具４１で保持部材４を把持する。詳しくは、第１治具４１は、幅方向Ｘに保持部材４を挟持する。第１治具４１は、保持部材４を把持しながら、図６に示す第１アクチュエータ４３により励起光の光軸方向Ｙへ移動可能になっている。
【００４８】
また、図７に示すように、第２治具４２で固体レーザ媒質３を把持する。詳しくは、第２治具４２は、光軸方向Ｙに固体レーザ媒質３を挟持し、かつ上方から固体レーザ媒質３を吸着する。第２治具４２は、固体レーザ媒質３を把持しながら、第２アクチュエータ４４により励起光の光軸方向Ｙへ移動可能になっている。
【００４９】
また、基板１１、１２の電気配線とコネクタと外部配線により、半導体レーザ素子１と調整用制御装置４５とを電気的に接続する。さらに、調整用制御装置４５と測定装置４６とを電気的に接続する。この後、係員の操作に基づいて、調整用制御装置４５は、以下で述べるように半導体レーザ素子１、アクチュエータ４３、４４、および測定装置４６の駆動を制御する。他の例として、以下で述べる制御を、係員の操作によらずに、予め組み込まれたソフトウェアプログラムに基づいて、調整用制御装置４５が自動で実行してもよい。
【００５０】
調整用制御装置４５は、まず各半導体レーザ素子１を駆動して、図８に示すように、半導体レーザ素子１から励起光を放射させる。この励起光はコリメートレンズ２１により平行光にされ、該平行光が集光レンズ２２により固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される。これにより、固体レーザ媒質３が励起されて、図６および図７に示すように、出射面３ｂからレーザ光（発振光）ＬＢが発生する。
【００５１】
このように固体レーザ媒質３から発生したレーザ光ＬＢを測定装置４６により測定し、該測定結果を測定装置４６から調整用制御装置４５に出力する。調整用制御装置４５は、測定装置４６の測定結果に基づいて、アクチュエータ４１、４２を駆動して、保持部材４と固体レーザ媒質３を光軸方向Ｙへそれぞれ移動させて、光学系の位置を調整する。
【００５２】
具体的には、まず、調整用制御装置４５は、半導体レーザ素子１が励起光を放射してから、固体レーザ媒質３の出射面３ｂよりレーザ光が発生するまでの遅延時間を、測定装置４６により測定する。このとき、その遅延時間が所定範囲（たとえば、蛍光寿命）内であれば、調整用制御装置４５は、固体レーザ媒質３の出射面３ｂから発生するレーザ光ＬＢのエネルギー値（強度など）を測定装置４６により測定する。そして、そのレーザ光ＬＢのエネルギー値が所定範囲内であれば、保持部材４と固体レーザ媒質３の光軸方向Ｙへの位置調整が完了する。
【００５３】
因みに、上記の遅延時間は、固体レーザ媒質３に入射する励起光のエネルギー総量やエネルギー密度などによって変化する。エネルギー密度が高いほど、遅延時間は短くなる。そして、遅延時間が短くなるほど、レーザ光ＬＢのエネルギー値は小さくなる。
【００５４】
一方、レーザ光ＬＢのエネルギー値が所定範囲外であれば、調整用制御装置４５は、第１アクチュエータ４３を駆動して、第１治具４１により保持部材４を第２基板１２上で光軸方向Ｙへ１分解能だけ摺動させる（図５（ｆ））。本例では、第１治具４１により保持部材４を半導体レーザ素子１に対して遠ざかる方向（図５（ｆ）の太線矢印の方向）へ移動させる。
【００５５】
このように、図５（ｆ）の太線矢印の方向へ保持部材４を光軸方向Ｙへ移動させることで、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子１に対する集光光学系２の設置間隔が調整される。そして、集光光学系２から固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径が変化する。
【００５６】
詳しくは、半導体レーザ素子１に対する集光光学系２の間隔が、図８（ａ）から図８（ｂ）のように広くなって、コリメートレンズ２１の焦点距離より大きくなる。このため、半導体レーザ素子１から放射された励起光が、Ｚ方向により拡がって、コリメートレンズ２１によって平行光にされずにＺ方向に屈折し、さらに集光レンズ２２によってＸ方向とＺ方向とに集光される。その結果、固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径が、Ｚ方向に小さくなる。
【００５７】
次に、調整用制御装置４５は、測定装置４６により遅延時間を測定し、該遅延時間が所定範囲内におさまるように、第２アクチュエータ４４を駆動して、第２治具４２により固体レーザ媒質３を保持部材４の載置部４ｂ上で光軸方向Ｙへ摺動させる（図５（ｇ））。このとき、遅延時間が所定範囲を下回っていれば、第２治具４２により固体レーザ媒質３を半導体レーザ素子１に対して近づく方向（図５（ｇ）の太線矢印の方向）へ移動させる。逆に、遅延時間が所定範囲を上回っていれば、第２治具４２により固体レーザ媒質３を半導体レーザ素子１に対して遠ざかる方向（図５（ｇ）の太線矢印の反対方向）へ移動させる。
【００５８】
このように固体レーザ媒質３を光軸方向Ｙへ移動させることで、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、半導体レーザ素子１や集光光学系２に対する固体レーザ媒質３の設置間隔が調整される。そして、集光光学系２から固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径が変化する。
【００５９】
本例では、固体レーザ媒質３を半導体レーザ素子１に対して近づく方向（図５（ｇ）の太線矢印の方向）へ移動させる。これにより、半導体レーザ素子１や集光光学系２に対する固体レーザ媒質３の間隔が、図８（ｂ）から図８（ｃ）のように狭くなり、固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径がＸ方向とＺ方向に大きくなる。
【００６０】
このように、固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径が大きくなると、励起光により照射される固体レーザ媒質３の面積が大きくなり、励起光のエネルギー密度が小さくなる。その結果、遅延時間が長くなって、固体レーザ媒質３から発生するレーザ光（発振光）のエネルギーが増大する。
【００６１】
なお、逆に、固体レーザ媒質３を半導体レーザ素子１に対して離れる方向（図５（ｇ）の太線矢印と反対方向）へ移動させた場合、半導体レーザ素子１や集光光学系２に対する固体レーザ媒質３の間隔が広くなり、固体レーザ媒質３の入射面３ａに集光される励起光のスポットＳの径がＸ方向とＺ方向に小さくなる。その結果、励起光により照射される固体レーザ媒質３の面積が小さくなり、励起光のエネルギー密度が大きくなって、遅延時間が短くなり、固体レーザ媒質３から発生するレーザ光のエネルギーが減少する。
【００６２】
上述の手順で、遅延時間が所定範囲内になり、かつレーザ光のエネルギー値が所定範囲内になると、保持部材４と固体レーザ媒質３の光軸方向Ｙへの位置調整が完了する。すなわち、保持部材４と固体レーザ媒質３が光軸方向Ｙに位置決めされて、半導体レーザ素子１と集光光学系２と固体レーザ媒質３の設置間隔が確定する。
【００６３】
その後、紫外線照射装置により紫外線を照射して、第１固定材３１と第２固定材３２を硬化させる。これにより、保持部材４を第２基板１２に固定し、固体レーザ媒質３を保持部材４の載置部４ｂに固定する（図５の（ｈ））。
【００６４】
そして、光学系の各部１〜３と保持部材４とペルチェ素子５と第１基板１１とを覆うように、第２基板１２の表面１２ａにカバー６を固定する（図１、図２）。このとき、カバー６の出射窓６ａを固体レーザ媒質３の出射面３ｂと対向させる。
【００６５】
上記実施形態によると、半導体レーザ素子１が実装された第１基板１１を第２基板１２の一方の表面１２ａに実装し、かつ保持部材４の保持部４ａで集光光学系２のコリメートレンズ２１と集光レンズ２２とを保持する。それから、コリメートレンズ２１が半導体レーザ素子１と対向するように、保持部材４を第２基板１２の表面１２ａに載置して、半導体レーザ素子１が放射する励起光の光軸方向Ｙに保持部材４を動かすことで、半導体レーザ素子１と集光光学系２との設置間隔を調整することができる。また、固体レーザ媒質３の入射面３ａが集光光学系２を介して半導体レーザ素子１と対向するように、固体レーザ媒質３を保持部材４の載置部４ｂに載置して、励起光の光軸方向Ｙに固体レーザ媒質３を動かすことで、半導体レーザ素子１や集光光学系２に対する固体レーザ媒質３の設置間隔を調整することができる。そして、このように半導体レーザ素子１、集光光学系２、および固体レーザ媒質３から成る光学系の設置間隔を調整することによって、固体レーザ装置１００から発生するレーザ光ＬＢの出力を最適な状態に向上させることが可能となる。
【００６６】
また、上記実施形態では、アクチュエータ４３、４４により治具４１、４２を介して、保持部材４と固体レーザ媒質３をそれぞれ光軸方向Ｙへ摺動させるので、半導体レーザ素子１と集光光学系２と固体レーザ媒質３の設置間隔を容易に調整することができる。
【００６７】
然もその際、半導体レーザ素子１から励起光を放射させて、固体レーザ媒質３から発生するレーザ光ＬＢを測定装置４６により測定し、当該測定装置４６の測定結果に基づいて、調整用制御装置４５がアクチュエータ４３、４４により治具４１、４２を介して、保持部材４と固体レーザ媒質３を光軸方向Ｙへ摺動させる。このため、固体レーザ媒質３から発生するレーザ光ＬＢの出力が最適な状態になるように、半導体レーザ素子１と集光光学系２と固体レーザ媒質３の設置間隔を適切に調整することができる。
【００６８】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、半導体レーザ素子１より励起光を放射させてから、固体レーザ媒質３よりレーザ光ＬＢが発生するまでの遅延時間と、該レーザ光ＬＢのエネルギーとを測定装置４６により測定し、該測定値に基づいて保持部材４と固体レーザ媒質３の位置を調整した例を示したが、本発明はそれのみに限定するものではない。たとえば、固体レーザ媒質３から発生したレーザ光ＬＢの光量を測定装置４６により測定し、該光量と閾値とに基づいて保持部材４または固体レーザ媒質３の位置を調整してもよい。また、測定装置４６により測定したレーザ光ＬＢの遅延時間やエネルギーや光量などのような、測定値の１つまたは複数と所定の閾値とに基づいて、保持部材４や固体レーザ媒質３の位置を調整してもよい。
【００６９】
また、以上の実施形態では、初期状態で半導体レーザ素子１とコリメートレンズ２１との間隔をコリメートレンズ２１の焦点距離と同じ値にし、半導体レーザ素子１に対して光軸方向Ｙに遠ざかるように保持部材４および集光光学系２の位置を調整した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、初期状態で半導体レーザ素子１とコリメートレンズ２１との間隔をコリメートレンズ２１の焦点距離と異なる値にし、半導体レーザ素子１に対して光軸方向Ｙに遠ざかるまたは近づくように、保持部材４および集光光学系２の位置を調整してもよい。
【００７０】
また、以上の実施形態では、初期状態で集光レンズ２２と固体レーザ媒質３との間隔を集光レンズ２２の焦点距離と同じ値にし、半導体レーザ素子１に対して光軸方向Ｙに近づくように固体レーザ媒質３の位置を調整した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、初期状態で集光レンズ２２と固体レーザ媒質３との間隔を集光レンズ２２の焦点距離と異なる値にし、半導体レーザ素子１に対して光軸方向Ｙに近づくまたは遠ざかるように、固体レーザ媒質３の位置を調整してもよい。
【００７１】
また、以上の実施形態では、集光光学系２をコリメートレンズ２１と集光レンズ２２とから構成した例を示したが、本発明はそれのみに限定するものではない。集光光学系は、少なくとも１枚の集光機能を有するレンズなどの光学部品で構成すればよい。
【００７２】
また、以上の実施形態では、保持部材４の載置部４ｂ上に直接、固体レーザ媒質３を載置した例を示したが、本発明はそれのみに限定するものではない。たとえば、シート状または板状の、段熱部材、ヒータ、または熱伝導部材を載置し、これらの上部に固体レーザ媒質３を載置して、固定材により固定してもよい。
【００７３】
本発明は、たとえばレーザ応用計測装置や光情報処理装置などのような、各種装置のレーザ光源として用いられる固体レーザ装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  半導体レーザ素子
２  集光光学系
２１  コリメートレンズ
２２  集光レンズ
３  固体レーザ媒質
３ａ  固体レーザ媒質の入射面
４  保持部材
４ａ  保持部
４ｂ  載置部
１１  第１基板
１２  第２基板
１２ａ  第２基板の一方の表面
４６  測定装置
１００  固体レーザ装置
ＬＢ  レーザ光
Ｙ  光軸方向
【図１】
2017208393.tif 000003
【図２】
2017208393.tif 000004
【図３】
2017208393.tif 000005
【図４】
2017208393.tif 000006
【図５】
2017208393.tif 000007
【図６】
2017208393.tif 000008
【図７】
2017208393.tif 000009
【図８】
2017208393.tif 000010