JPH06120597A - Ld励起固体レーザ装置 - Google Patents
Ld励起固体レーザ装置Info
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- JPH06120597A JPH06120597A JP26719092A JP26719092A JPH06120597A JP H06120597 A JPH06120597 A JP H06120597A JP 26719092 A JP26719092 A JP 26719092A JP 26719092 A JP26719092 A JP 26719092A JP H06120597 A JPH06120597 A JP H06120597A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 第二高調波(SH波)のノイズが低いLD励
起固体レーザ装置を提供すること。 【構成】 半導体レーザ(LD)1と、セルホックマイ
クロレンズ(SML)2と、固体レーザ素子3と、第二
高調波発生素子4と、出力鏡5とでその主要部が構成さ
れるLD励起固体レーザ装置に係り、SML2の両端面
に屈折率n1 が1.43のSiO2 膜から成り光学的膜
厚n1 ・d1 が0.222・λo (λo :励起光の波
長)に設定された第一層と、屈折率n2 が1.85のH
fO2 膜から成り光学的膜厚n2 ・d2 が0.330・
λo に設定された第二層で構成された光学薄膜21、2
2を設けたことを特徴とする。そして第一層と第二層の
屈折率と光学的膜厚の上記値は、SML2の光軸面に垂
直入射された励起光の反射率とその有効半径部位に入射
角θo で入射された励起光の反射率について最小にする
ように設定されているため、SML2の端面全体からの
励起光の反射が著しく低くなり上記SH波のノイズ低減
が図れる。
起固体レーザ装置を提供すること。 【構成】 半導体レーザ(LD)1と、セルホックマイ
クロレンズ(SML)2と、固体レーザ素子3と、第二
高調波発生素子4と、出力鏡5とでその主要部が構成さ
れるLD励起固体レーザ装置に係り、SML2の両端面
に屈折率n1 が1.43のSiO2 膜から成り光学的膜
厚n1 ・d1 が0.222・λo (λo :励起光の波
長)に設定された第一層と、屈折率n2 が1.85のH
fO2 膜から成り光学的膜厚n2 ・d2 が0.330・
λo に設定された第二層で構成された光学薄膜21、2
2を設けたことを特徴とする。そして第一層と第二層の
屈折率と光学的膜厚の上記値は、SML2の光軸面に垂
直入射された励起光の反射率とその有効半径部位に入射
角θo で入射された励起光の反射率について最小にする
ように設定されているため、SML2の端面全体からの
励起光の反射が著しく低くなり上記SH波のノイズ低減
が図れる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザと、この
半導体レーザからの励起光を集光するグレーデッドイン
デックス型集光レンズと、集光された励起光が照射され
て基本波を発生する固体レーザ素子と、この基本波が入
射されて第二高調波(以下SH波という)を出力する第
二高調波発生素子とを備え、例えば、高密度記録媒体で
ある光ディスク等の記録及び再生用光源に適用可能なL
D励起固体レーザ装置に係り、特に、上記SH波のノイ
ズの低減が図れるLD励起固体レーザ装置の改良に関す
るものである。
半導体レーザからの励起光を集光するグレーデッドイン
デックス型集光レンズと、集光された励起光が照射され
て基本波を発生する固体レーザ素子と、この基本波が入
射されて第二高調波(以下SH波という)を出力する第
二高調波発生素子とを備え、例えば、高密度記録媒体で
ある光ディスク等の記録及び再生用光源に適用可能なL
D励起固体レーザ装置に係り、特に、上記SH波のノイ
ズの低減が図れるLD励起固体レーザ装置の改良に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】この種のLD励起固体レーザ装置は、図
9に示すように半導体レーザaと、その両端面に光学薄
膜b1、b2が設けられかつ日本板硝子株式会社製セル
ホックマイクロレンズ(以下SMLと称する)で代表さ
れるグレーデッドインデックス型集光レンズbと、両端
面に光学薄膜c1、c2が設けられた固体レーザ素子c
と、同じくその両端面に光学薄膜d1、d2が設けられ
た第二高調波発生素子dと、第二高調波発生素子d側の
端面に光学薄膜e1が設けられた出力鏡eとでその主要
部を構成するものが知られている。
9に示すように半導体レーザaと、その両端面に光学薄
膜b1、b2が設けられかつ日本板硝子株式会社製セル
ホックマイクロレンズ(以下SMLと称する)で代表さ
れるグレーデッドインデックス型集光レンズbと、両端
面に光学薄膜c1、c2が設けられた固体レーザ素子c
と、同じくその両端面に光学薄膜d1、d2が設けられ
た第二高調波発生素子dと、第二高調波発生素子d側の
端面に光学薄膜e1が設けられた出力鏡eとでその主要
部を構成するものが知られている。
【0003】そして、上記半導体レーザaからの励起光
は、固体レーザ素子cの吸収ピークの約809nmにそ
の波長を温度チューニングされ、かつ、グレーデッドイ
ンデックス型集光レンズbで集光された後、固体レーザ
素子cに照射されてこれを励起する。この固体レーザ素
子cで発生した基本波は上記光学薄膜c1と光学薄膜e
1との間で共振し、第二高調波発生素子dにより変換さ
れて出力鏡e側へ向かうSH波は光学薄膜e1から直接
出力される一方、固体レーザ素子c側へ向かうSH波は
光学薄膜c1で反射され再度第二高調波発生素子dを通
過して上記光学薄膜e1から出力される。
は、固体レーザ素子cの吸収ピークの約809nmにそ
の波長を温度チューニングされ、かつ、グレーデッドイ
ンデックス型集光レンズbで集光された後、固体レーザ
素子cに照射されてこれを励起する。この固体レーザ素
子cで発生した基本波は上記光学薄膜c1と光学薄膜e
1との間で共振し、第二高調波発生素子dにより変換さ
れて出力鏡e側へ向かうSH波は光学薄膜e1から直接
出力される一方、固体レーザ素子c側へ向かうSH波は
光学薄膜c1で反射され再度第二高調波発生素子dを通
過して上記光学薄膜e1から出力される。
【0004】ところで、このLD励起固体レーザ装置を
上述した光ディスク等の記録及び再生用光源に適用した
場合、上記SH波の出力変動に伴うノイズが問題とな
る。そしてこのSH波のノイズの原因の1つに半導体レ
ーザの戻り光がある。
上述した光ディスク等の記録及び再生用光源に適用した
場合、上記SH波の出力変動に伴うノイズが問題とな
る。そしてこのSH波のノイズの原因の1つに半導体レ
ーザの戻り光がある。
【0005】すなわち、上記半導体レーザaから出射し
た励起光はグレーデッドインデックス型集光レンズbの
両端面及び固体レーザ素子cの半導体レーザa側の端面
で反射するため、この反射された励起光が再び半導体レ
ーザaに戻りこの半導体レーザaのレーザ発振を不安定
にさせる。そして、励起光である半導体レーザaの発振
が不安定になれば励起されている固体レーザ素子cの基
本波も不安定になるため、上記SH波はノイズを発生す
ることになる。
た励起光はグレーデッドインデックス型集光レンズbの
両端面及び固体レーザ素子cの半導体レーザa側の端面
で反射するため、この反射された励起光が再び半導体レ
ーザaに戻りこの半導体レーザaのレーザ発振を不安定
にさせる。そして、励起光である半導体レーザaの発振
が不安定になれば励起されている固体レーザ素子cの基
本波も不安定になるため、上記SH波はノイズを発生す
ることになる。
【0006】そこで、従来においては半導体レーザの上
述した戻り光を防止するため、グレーデットインデック
ス型集光レンズbの両端面及び固体レーザ素子cの半導
体レーザa側端面に励起光に対する反射防止膜を設けた
り、グレーデットインデックス型集光レンズbの固体レ
ーザ素子c側端面を斜め加工したり、あるいは半導体レ
ーザaとグレーデットインデックス型集光レンズb間に
アイソレータを組込む等の手段を講じている。
述した戻り光を防止するため、グレーデットインデック
ス型集光レンズbの両端面及び固体レーザ素子cの半導
体レーザa側端面に励起光に対する反射防止膜を設けた
り、グレーデットインデックス型集光レンズbの固体レ
ーザ素子c側端面を斜め加工したり、あるいは半導体レ
ーザaとグレーデットインデックス型集光レンズb間に
アイソレータを組込む等の手段を講じている。
【0007】しかし、グレーデットインデックス型集光
レンズbの固体レーザ素子c側端面を斜め加工する方法
では、光軸が直線にならないためレーザ発振させるため
の光軸調整作業が繁雑になる問題があり、他方、アイソ
レータを組込む方法では、半導体レーザaの励起光を固
体レーザ素子cへ効率良く入射させることが困難になる
ため出力が低減すると共に、LD励起固体レーザ装置を
大型化、高額化させる問題があった。
レンズbの固体レーザ素子c側端面を斜め加工する方法
では、光軸が直線にならないためレーザ発振させるため
の光軸調整作業が繁雑になる問題があり、他方、アイソ
レータを組込む方法では、半導体レーザaの励起光を固
体レーザ素子cへ効率良く入射させることが困難になる
ため出力が低減すると共に、LD励起固体レーザ装置を
大型化、高額化させる問題があった。
【0008】このため、ほとんどの場合、上記グレーデ
ットインデックス型集光レンズbの両端面及び固体レー
ザ素子cの半導体レーザa側端面に励起光に対する反射
防止膜を設ける方法が採られている。
ットインデックス型集光レンズbの両端面及び固体レー
ザ素子cの半導体レーザa側端面に励起光に対する反射
防止膜を設ける方法が採られている。
【0009】ここで、この反射防止膜が施されたグレー
デットインデックス型集光レンズの従来例としては特開
平2−67155号公報に記載のものが知られている。
デットインデックス型集光レンズの従来例としては特開
平2−67155号公報に記載のものが知られている。
【0010】すなわち、このグレーデットインデックス
型集光レンズはLEDプリンタ用に開発されたものでは
あるが、グレーデットインデックス型集光レンズの入射
面に、表面側から低屈折率物質から成りその光学的膜厚
n・d(n:屈折率、d:物理的膜厚)が1/4・λo
(λo :半導体レーザから出射される励起光の波長)に
設定された第一層目と、高屈折率物質から成りその光学
的膜厚n・dが1/4・λo に設定された第二層目とで
構成される反射防止膜を設けたものであり、上記グレー
デットインデックス型集光レンズの光軸上の屈折率に対
してかつ垂直入射(入射角0度)の場合に対してのみ理
論計算上その反射率が0になるように設計されたもので
あった。
型集光レンズはLEDプリンタ用に開発されたものでは
あるが、グレーデットインデックス型集光レンズの入射
面に、表面側から低屈折率物質から成りその光学的膜厚
n・d(n:屈折率、d:物理的膜厚)が1/4・λo
(λo :半導体レーザから出射される励起光の波長)に
設定された第一層目と、高屈折率物質から成りその光学
的膜厚n・dが1/4・λo に設定された第二層目とで
構成される反射防止膜を設けたものであり、上記グレー
デットインデックス型集光レンズの光軸上の屈折率に対
してかつ垂直入射(入射角0度)の場合に対してのみ理
論計算上その反射率が0になるように設計されたもので
あった。
【0011】そして、この反射防止膜が施されたグレー
デットインデックス型集光レンズをLD励起固体レーザ
装置に組込んだ場合、上記反射防止膜が設けられてない
グレーデットインデックス型集光レンズを組込んだ装置
に較べて戻り光の防止が図れるため、上記SH波のノイ
ズを低減できる利点を有していた。
デットインデックス型集光レンズをLD励起固体レーザ
装置に組込んだ場合、上記反射防止膜が設けられてない
グレーデットインデックス型集光レンズを組込んだ装置
に較べて戻り光の防止が図れるため、上記SH波のノイ
ズを低減できる利点を有していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平2−6
7155号公報に記載されたグレーデットインデックス
型集光レンズは、上述したようにグレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸上の屈折率に対してかつ垂直入
射の場合に対してのみ理論計算上その反射率が0になる
ように設計されているに過ぎず、グレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸から半径方向へずれた円周部位
の屈折率に対しかつ斜め入射される励起光の反射防止に
ついては何等考慮がなされていないため、この円周部位
からの残留反射が無視できなくなり、上記反射防止膜が
設けられたグレーデットインデックス型集光レンズを組
込んだLD励起固体レーザ装置においては依然として1
0k〜1MHzの範囲にノイズ成分を含んでしまう問題
点があった。
7155号公報に記載されたグレーデットインデックス
型集光レンズは、上述したようにグレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸上の屈折率に対してかつ垂直入
射の場合に対してのみ理論計算上その反射率が0になる
ように設計されているに過ぎず、グレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸から半径方向へずれた円周部位
の屈折率に対しかつ斜め入射される励起光の反射防止に
ついては何等考慮がなされていないため、この円周部位
からの残留反射が無視できなくなり、上記反射防止膜が
設けられたグレーデットインデックス型集光レンズを組
込んだLD励起固体レーザ装置においては依然として1
0k〜1MHzの範囲にノイズ成分を含んでしまう問題
点があった。
【0013】この場合、上記第一層目と第二層目から成
る反射防止膜の各層についてその膜厚をグレーデットイ
ンデックス型集光レンズの光軸上から円周部に向かって
連続的に変化させることにより、グレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸から半径方向へずれた円周部位
の屈折率に対しかつ斜め入射される励起光に対しその反
射率を0にすることは理論的には可能である。
る反射防止膜の各層についてその膜厚をグレーデットイ
ンデックス型集光レンズの光軸上から円周部に向かって
連続的に変化させることにより、グレーデットインデッ
クス型集光レンズの光軸から半径方向へずれた円周部位
の屈折率に対しかつ斜め入射される励起光に対しその反
射率を0にすることは理論的には可能である。
【0014】しかし、上記グレーデットインデックス型
集光レンズの直径は通常3mm以下であり、このグレー
デットインデックス型集光レンズの端面にマスク等を複
雑に組合わせたりして影を作り、真空蒸着法等により各
層の膜厚を連続的に変化させることは極めて困難であ
り、生産性が極めて悪く現実的には適用困難である。
集光レンズの直径は通常3mm以下であり、このグレー
デットインデックス型集光レンズの端面にマスク等を複
雑に組合わせたりして影を作り、真空蒸着法等により各
層の膜厚を連続的に変化させることは極めて困難であ
り、生産性が極めて悪く現実的には適用困難である。
【0015】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、反射防止膜の膜
厚を連続的に変化させることなく光軸上とこの光軸から
半径方向へずれた円周部位の反射率を最小にできるグレ
ーデットインデックス型集光レンズを組込むことにより
上記SH波のノイズが少ないLD励起固体レーザ装置を
提供することにある。
れたもので、その課題とするところは、反射防止膜の膜
厚を連続的に変化させることなく光軸上とこの光軸から
半径方向へずれた円周部位の反射率を最小にできるグレ
ーデットインデックス型集光レンズを組込むことにより
上記SH波のノイズが少ないLD励起固体レーザ装置を
提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】すなわち請求項1に係る
発明は、半導体レーザと、この半導体レーザからの励起
光を集光するグレーデッドインデックス型集光レンズ
と、集光された励起光が照射されて基本波を発生する固
体レーザ素子と、この基本波が入射されて第二高調波を
出力する第二高調波発生素子とを備えるLD励起固体レ
ーザ装置を前提とし、上記グレーデッドインデックス型
集光レンズの少なくとも一方の端面に、表面側から屈折
率n1 の材料で構成された第一層と屈折率n2 の材料で
構成された第二層より成る光学薄膜を設け、かつ、この
光学薄膜が設けられたグレーデッドインデックス型集光
レンズの光軸面に上記半導体レーザから垂直入射された
励起光の反射率を極小にする下記数式(1)〜(4)の
条件を満たすと共に、下記数式(5)〜(10)で求め
られ上記光学薄膜が設けられたグレーデッドインデック
ス型集光レンズの有効半径部位に半導体レーザから入射
角θo で入射された励起光の反射率Rが最小となる条件
で上記第一層の光学的膜厚n1 ・d1と第二層の光学的
膜厚n2 ・d2 の値が設定されていることを特徴とする
ものである。
発明は、半導体レーザと、この半導体レーザからの励起
光を集光するグレーデッドインデックス型集光レンズ
と、集光された励起光が照射されて基本波を発生する固
体レーザ素子と、この基本波が入射されて第二高調波を
出力する第二高調波発生素子とを備えるLD励起固体レ
ーザ装置を前提とし、上記グレーデッドインデックス型
集光レンズの少なくとも一方の端面に、表面側から屈折
率n1 の材料で構成された第一層と屈折率n2 の材料で
構成された第二層より成る光学薄膜を設け、かつ、この
光学薄膜が設けられたグレーデッドインデックス型集光
レンズの光軸面に上記半導体レーザから垂直入射された
励起光の反射率を極小にする下記数式(1)〜(4)の
条件を満たすと共に、下記数式(5)〜(10)で求め
られ上記光学薄膜が設けられたグレーデッドインデック
ス型集光レンズの有効半径部位に半導体レーザから入射
角θo で入射された励起光の反射率Rが最小となる条件
で上記第一層の光学的膜厚n1 ・d1と第二層の光学的
膜厚n2 ・d2 の値が設定されていることを特徴とする
ものである。
【0017】
【数3】
【数4】 (但し、δ1 は第一層の位相差、δ2 は第二層の位相
差、no は空気の屈折率、ns はグレーデッドインデッ
クス型集光レンズの光軸上の屈折率、ns ’はグレーデ
ッドインデックス型集光レンズの有効半径部位の屈折
率、d1 は第一層の物理的膜厚、d2 は第二層の物理的
膜厚、λo は半導体レーザからの励起光の波長、θo は
上記励起光の空気から第一層への入射角、θ1 は空気か
ら第一層への屈折角、θ2 は第一層から第二層への屈折
角、θs は第二層からグレーデッドインデックス型集光
レンズへの屈折角をそれぞれ示している)このような技
術的手段において上記LD励起固体レーザ装置を構成す
る半導体レーザ、グレーデッドインデックス型集光レン
ズ、固体レーザ素子、及び、第二高調波発生素子等の材
料については従来適用されているものをそのまま利用す
ることができ、例えば、上記固体レーザ素子として発振
波長が1.06μm付近でありNdドープYVO4 、N
dドープYAG等のNdドープ固体レーザ結晶が挙げら
れる。
差、no は空気の屈折率、ns はグレーデッドインデッ
クス型集光レンズの光軸上の屈折率、ns ’はグレーデ
ッドインデックス型集光レンズの有効半径部位の屈折
率、d1 は第一層の物理的膜厚、d2 は第二層の物理的
膜厚、λo は半導体レーザからの励起光の波長、θo は
上記励起光の空気から第一層への入射角、θ1 は空気か
ら第一層への屈折角、θ2 は第一層から第二層への屈折
角、θs は第二層からグレーデッドインデックス型集光
レンズへの屈折角をそれぞれ示している)このような技
術的手段において上記LD励起固体レーザ装置を構成す
る半導体レーザ、グレーデッドインデックス型集光レン
ズ、固体レーザ素子、及び、第二高調波発生素子等の材
料については従来適用されているものをそのまま利用す
ることができ、例えば、上記固体レーザ素子として発振
波長が1.06μm付近でありNdドープYVO4 、N
dドープYAG等のNdドープ固体レーザ結晶が挙げら
れる。
【0018】また、上記グレーデッドインデックス型集
光レンズの端面に設けられる第一層の構成材料として
は、硬度が高くかつ湿度に対する耐久性も良好な酸化物
膜が望ましく、例えば、低屈折率物質であるSiO2 、
又は、このSiO2 をベースにAl2 O3 等を混合させ
た材料等が利用できる。
光レンズの端面に設けられる第一層の構成材料として
は、硬度が高くかつ湿度に対する耐久性も良好な酸化物
膜が望ましく、例えば、低屈折率物質であるSiO2 、
又は、このSiO2 をベースにAl2 O3 等を混合させ
た材料等が利用できる。
【0019】請求項2に係る発明はこのような技術的理
由より構成されている。
由より構成されている。
【0020】すなわち、請求項2に係る発明は請求項1
に係るLD励起固体レーザ装置を前提とし、上記光学薄
膜の第一層が低屈折率物質のSiO2 薄膜により構成さ
れ、かつ、第二層が高屈折率物質のHfO2 薄膜により
構成されていることを特徴とするものである。
に係るLD励起固体レーザ装置を前提とし、上記光学薄
膜の第一層が低屈折率物質のSiO2 薄膜により構成さ
れ、かつ、第二層が高屈折率物質のHfO2 薄膜により
構成されていることを特徴とするものである。
【0021】
【作用】請求項1に係る発明によれば、グレーデッドイ
ンデックス型集光レンズの少なくとも一方の端面に、表
面側から屈折率n1 の材料で構成された第一層と屈折率
n2 の材料で構成された第二層より成る光学薄膜を設
け、かつ、この光学薄膜が設けられたグレーデッドイン
デックス型集光レンズの光軸面に上記半導体レーザから
垂直入射された励起光の反射率を極小にする上記数式
(1)〜(4)の条件を満たすと共に、上記数式(5)
〜(10)で求められ光学薄膜が設けられたグレーデッ
ドインデックス型集光レンズの有効半径部位に半導体レ
ーザから入射角θo で入射された励起光の反射率Rが最
小となる条件で上記第一層の光学的膜厚n1 ・d1 と第
二層の光学的膜厚n2 ・d2 の値が設定されており、第
一層と第二層の各層は全体に均一な膜厚であるにも拘ら
ずグレーデッドインデックス型集光レンズの光軸面に垂
直入射された励起光の反射率並びにその有効半径部位に
入射角θo で入射された励起光の反射率についてこれを
最小にすることができるため、上記グレーデッドインデ
ックス型集光レンズの端面全体からの励起光の反射を著
しく低減させることが可能となる。
ンデックス型集光レンズの少なくとも一方の端面に、表
面側から屈折率n1 の材料で構成された第一層と屈折率
n2 の材料で構成された第二層より成る光学薄膜を設
け、かつ、この光学薄膜が設けられたグレーデッドイン
デックス型集光レンズの光軸面に上記半導体レーザから
垂直入射された励起光の反射率を極小にする上記数式
(1)〜(4)の条件を満たすと共に、上記数式(5)
〜(10)で求められ光学薄膜が設けられたグレーデッ
ドインデックス型集光レンズの有効半径部位に半導体レ
ーザから入射角θo で入射された励起光の反射率Rが最
小となる条件で上記第一層の光学的膜厚n1 ・d1 と第
二層の光学的膜厚n2 ・d2 の値が設定されており、第
一層と第二層の各層は全体に均一な膜厚であるにも拘ら
ずグレーデッドインデックス型集光レンズの光軸面に垂
直入射された励起光の反射率並びにその有効半径部位に
入射角θo で入射された励起光の反射率についてこれを
最小にすることができるため、上記グレーデッドインデ
ックス型集光レンズの端面全体からの励起光の反射を著
しく低減させることが可能となる。
【0022】また、請求項2に係る発明によれば、光学
薄膜の第一層が、硬度が高くかつ湿度に対する耐久性も
良好な低屈折率物質であるSiO2 薄膜により構成さ
れ、かつ、第二層が高屈折率物質のHfO2薄膜により
構成されているため、グレーデッドインデックス型集光
レンズの端面全体からの励起光の反射を低減できると共
にその光学薄膜の物理的耐性の向上も図ることが可能と
なる。
薄膜の第一層が、硬度が高くかつ湿度に対する耐久性も
良好な低屈折率物質であるSiO2 薄膜により構成さ
れ、かつ、第二層が高屈折率物質のHfO2薄膜により
構成されているため、グレーデッドインデックス型集光
レンズの端面全体からの励起光の反射を低減できると共
にその光学薄膜の物理的耐性の向上も図ることが可能と
なる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【0024】この実施例に係るLD励起固体レーザ装置
は、従来の装置と同様、図1に示すように半導体レーザ
(以下LDと称する)1と、その両端面に光学薄膜2
1、22が設けられた日本板硝子株式会社製セルホック
マイクロレンズ(以下SMLと称する)2と、両端面に
光学薄膜31、32が設けられたNdドープYVO4 結
晶から成る固体レーザ素子3と、両端面に光学薄膜4
1、42が設けられたKTP結晶から成る第二高調波発
生素子4と、第二高調波発生素子4側の端面に光学薄膜
51が設けられた出力鏡5とでその主要部が構成されて
いる。
は、従来の装置と同様、図1に示すように半導体レーザ
(以下LDと称する)1と、その両端面に光学薄膜2
1、22が設けられた日本板硝子株式会社製セルホック
マイクロレンズ(以下SMLと称する)2と、両端面に
光学薄膜31、32が設けられたNdドープYVO4 結
晶から成る固体レーザ素子3と、両端面に光学薄膜4
1、42が設けられたKTP結晶から成る第二高調波発
生素子4と、第二高調波発生素子4側の端面に光学薄膜
51が設けられた出力鏡5とでその主要部が構成されて
いる。
【0025】また、上記SML2の両端面に設けられた
光学薄膜21、22は、図2に示すように屈折率n1 が
1.43のSiO2 薄膜から成りその光学的膜厚n1 ・
d1が0.222・λo (λo :適用されたLD1より
出射される励起光の波長=0.809μm)に設定され
た第一層6と、屈折率n2 が1.85のHfO2 薄膜か
ら成りその光学的膜厚n2 ・d2 が0.330・λo に
設定された第二層7とで構成されている。
光学薄膜21、22は、図2に示すように屈折率n1 が
1.43のSiO2 薄膜から成りその光学的膜厚n1 ・
d1が0.222・λo (λo :適用されたLD1より
出射される励起光の波長=0.809μm)に設定され
た第一層6と、屈折率n2 が1.85のHfO2 薄膜か
ら成りその光学的膜厚n2 ・d2 が0.330・λo に
設定された第二層7とで構成されている。
【0026】そして、このSML2の両端面に設けられ
た上記第一層6と第二層7は以下のような技術的分析に
基づき上述したような設定値になっている。
た上記第一層6と第二層7は以下のような技術的分析に
基づき上述したような設定値になっている。
【0027】まず、図3は上記SML2により集光され
るLD1からの励起光の光路を示しており、LD1から
の励起光は広がり角をもってSML2の端面に入射し、
この端面に対し励起光の光軸上付近は図示のように略垂
直入射であるが周辺部位は斜め入射になる。尚、上記S
ML2の出射側端面についても励起光の入射側と同様で
ある。特に、図4に示すようにLD1のストライプ10
に対して水平方向の広がり角は5度程度であり略垂直入
射と同等と考えることができるが、垂直方向の広がり角
は図3〜4に示すように10度程度もある。一方、LD
1の偏光方向はLD1のストライプ10に対し平行であ
るため、反射防止用の光学薄膜を設計する場合、SML
2端面におけるLD1の入射角はS偏光(入射面に対し
て垂直方向)0〜10度程度を考慮すれば良い。
るLD1からの励起光の光路を示しており、LD1から
の励起光は広がり角をもってSML2の端面に入射し、
この端面に対し励起光の光軸上付近は図示のように略垂
直入射であるが周辺部位は斜め入射になる。尚、上記S
ML2の出射側端面についても励起光の入射側と同様で
ある。特に、図4に示すようにLD1のストライプ10
に対して水平方向の広がり角は5度程度であり略垂直入
射と同等と考えることができるが、垂直方向の広がり角
は図3〜4に示すように10度程度もある。一方、LD
1の偏光方向はLD1のストライプ10に対し平行であ
るため、反射防止用の光学薄膜を設計する場合、SML
2端面におけるLD1の入射角はS偏光(入射面に対し
て垂直方向)0〜10度程度を考慮すれば良い。
【0028】次に、図5はこの実施例に適用された上記
SML2の半径方向の屈折率分布を示すグラフ図であ
る。但し、SML2の有効半径は収差の影響が少ない中
心から約70%の部位である。従って、図5からこのS
ML2の場合、SMLの屈折率は1.599〜1.56
5の範囲にある。
SML2の半径方向の屈折率分布を示すグラフ図であ
る。但し、SML2の有効半径は収差の影響が少ない中
心から約70%の部位である。従って、図5からこのS
ML2の場合、SMLの屈折率は1.599〜1.56
5の範囲にある。
【0029】そして、上記SML2の両端面に設けられ
る光学薄膜21、22の第一層6を構成する薄膜材料の
屈折率をn1 、その光学的膜厚をn1 ・d1 とし、第二
層7を構成する薄膜材料の屈折率をn2 、その光学的膜
厚をn2 ・d2 とした場合、上記SML2の光軸面にL
D1から垂直入射された励起光の反射率を極小とするた
めには下記数式(1)〜(4)の条件を満たすことを要
する。
る光学薄膜21、22の第一層6を構成する薄膜材料の
屈折率をn1 、その光学的膜厚をn1 ・d1 とし、第二
層7を構成する薄膜材料の屈折率をn2 、その光学的膜
厚をn2 ・d2 とした場合、上記SML2の光軸面にL
D1から垂直入射された励起光の反射率を極小とするた
めには下記数式(1)〜(4)の条件を満たすことを要
する。
【0030】
【数5】 (但し、δ1 は第一層の位相差、δ2 は第二層の位相
差、no は空気の屈折率=1、ns はSMLの光軸上の
屈折率=1.599、d1 は第一層の物理的膜厚、d2
は第二層の物理的膜厚、λo はLDからの励起光の波長
=0.809μmをそれぞれ示している)一方、光学薄
膜21、22の物理的耐性を考慮した場合、上記第一層
6を構成する薄膜材料としては波長0.80μmにおけ
る屈折率が1.43のSiO2 が好ましい。
差、no は空気の屈折率=1、ns はSMLの光軸上の
屈折率=1.599、d1 は第一層の物理的膜厚、d2
は第二層の物理的膜厚、λo はLDからの励起光の波長
=0.809μmをそれぞれ示している)一方、光学薄
膜21、22の物理的耐性を考慮した場合、上記第一層
6を構成する薄膜材料としては波長0.80μmにおけ
る屈折率が1.43のSiO2 が好ましい。
【0031】そこで、上記第一層6を構成する薄膜材料
として波長0.80μmにおける屈折率n1 が1.43
のSiO2 薄膜を適用すると、上記SML2の光軸上の
屈折率1.599に対して(1)式と(2)式を満足す
る第二層7の屈折率n2 はこの(1)式と(2)式から
1.81以上であることを要する。
として波長0.80μmにおける屈折率n1 が1.43
のSiO2 薄膜を適用すると、上記SML2の光軸上の
屈折率1.599に対して(1)式と(2)式を満足す
る第二層7の屈折率n2 はこの(1)式と(2)式から
1.81以上であることを要する。
【0032】尚、一般に酸化物膜の高屈折率物質膜の
内、屈折率が最も高いのはTiO2 膜の2.10であ
る。従って、上記第二層7の屈折率n2 は1.81〜
2.10の範囲に限られる。
内、屈折率が最も高いのはTiO2 膜の2.10であ
る。従って、上記第二層7の屈折率n2 は1.81〜
2.10の範囲に限られる。
【0033】次に、第一層6の光学的膜厚n1 ・d1 と
第二層7の光学的膜厚n2 ・d2 を求める方法を以下に
述べる。
第二層7の光学的膜厚n2 ・d2 を求める方法を以下に
述べる。
【0034】上記(1)式と(2)式のns にSML2
の光軸上の屈折率1.599、及び、第一層6の屈折率
n1 にSiO2 薄膜の屈折率1.43を代入し、上記
1.81〜2.10の範囲における第二層7の各屈折率
n2 に対する第一層6の位相差δ1 と第二層7の位相差
δ2 をそれぞれ求め、かつ、(3)式と(4)式から第
二層7の各屈折率n2 に対する光学的膜厚n1 ・d1 と
光学的膜厚n2 ・d2 を各々求める。
の光軸上の屈折率1.599、及び、第一層6の屈折率
n1 にSiO2 薄膜の屈折率1.43を代入し、上記
1.81〜2.10の範囲における第二層7の各屈折率
n2 に対する第一層6の位相差δ1 と第二層7の位相差
δ2 をそれぞれ求め、かつ、(3)式と(4)式から第
二層7の各屈折率n2 に対する光学的膜厚n1 ・d1 と
光学的膜厚n2 ・d2 を各々求める。
【0035】そして、SML2の光軸上に垂直入射する
励起光に対して求めた各屈折率n2に対する光学的膜厚
n1 ・d1 と光学的膜厚n2 ・d2 の数値群の中から、
SML2の有効半径70%の部位の屈折率1.565、
入射角が10度のS偏光に対して最も低反射率(Rs )
の第二層7の屈折率n2 を下記数式(5)〜(10)か
ら求める。
励起光に対して求めた各屈折率n2に対する光学的膜厚
n1 ・d1 と光学的膜厚n2 ・d2 の数値群の中から、
SML2の有効半径70%の部位の屈折率1.565、
入射角が10度のS偏光に対して最も低反射率(Rs )
の第二層7の屈折率n2 を下記数式(5)〜(10)か
ら求める。
【0036】
【数6】 (但し、δ1 は第一層の位相差、δ2 は第二層の位相
差、no は空気の屈折率=1、ns ’はSMLの有効半
径70%の部位における屈折率=1.565、d1は第
一層の物理的膜厚、d2 は第二層の物理的膜厚、λo は
LDからの励起光の波長=0.809μm、θo は図6
に示すように上記励起光の空気から第一層6への入射
角、θ1 は空気から第一層6への屈折角、θ2 は第一層
6から第二層7への屈折角、θs は第二層7からSML
2への屈折角をそれぞれ示している)この結果、第二層
7の屈折率n2 が1.85で、かつ、第一層6の光学的
膜厚n1 ・d1 と第二層7の光学的膜厚n2 ・d2 がそ
れぞれ0.222・λo 、及び、0.330・λo のと
きに、SML2の有効半径70%の部位における反射率
(Rs =0.006%)が最も低くなることが計算によ
り求められた。尚、屈折率1.85の高屈折率物質膜に
は上述したHfO2 薄膜がある。
差、no は空気の屈折率=1、ns ’はSMLの有効半
径70%の部位における屈折率=1.565、d1は第
一層の物理的膜厚、d2 は第二層の物理的膜厚、λo は
LDからの励起光の波長=0.809μm、θo は図6
に示すように上記励起光の空気から第一層6への入射
角、θ1 は空気から第一層6への屈折角、θ2 は第一層
6から第二層7への屈折角、θs は第二層7からSML
2への屈折角をそれぞれ示している)この結果、第二層
7の屈折率n2 が1.85で、かつ、第一層6の光学的
膜厚n1 ・d1 と第二層7の光学的膜厚n2 ・d2 がそ
れぞれ0.222・λo 、及び、0.330・λo のと
きに、SML2の有効半径70%の部位における反射率
(Rs =0.006%)が最も低くなることが計算によ
り求められた。尚、屈折率1.85の高屈折率物質膜に
は上述したHfO2 薄膜がある。
【0037】ところで、上記光学薄膜を設けたSML2
の反射率については、厳密にはSML2の直径方向のあ
る位置XにおけるSMLの屈折率とLD1からの励起光
の入射角から計算によって求めた反射率と、LDの励起
光の強度分布から求めたある位置Xに入射する励起光の
強度の積をSML全有効端面について積分しなければな
らないが、近似的には上述した方法で最適な第二層7の
屈折率n2 と、第一層6の光学的膜厚n1 ・d1 及び第
二層7の光学的膜厚n2 ・d2 を求めてもさしつかえな
い。
の反射率については、厳密にはSML2の直径方向のあ
る位置XにおけるSMLの屈折率とLD1からの励起光
の入射角から計算によって求めた反射率と、LDの励起
光の強度分布から求めたある位置Xに入射する励起光の
強度の積をSML全有効端面について積分しなければな
らないが、近似的には上述した方法で最適な第二層7の
屈折率n2 と、第一層6の光学的膜厚n1 ・d1 及び第
二層7の光学的膜厚n2 ・d2 を求めてもさしつかえな
い。
【0038】このような技術的分析により求められたn
1 =1.43、その光学的膜厚n1・d1 =0.222
・λo のSiO2 膜より構成される第一層6と、n2 =
1.85、その光学的膜厚n2 ・d2 =0.330・λ
o のHfO2 膜より構成される第二層7を真空蒸着法に
よりSML2の両端面に形成して実施例に係るLD励起
固体レーザ装置の上記SML2を求めた。尚、図7は、
上記第一層6と第二層7から成る光学薄膜21、22が
設けられたSML2の光軸上における分光反射特性を示
すグラフ図である。
1 =1.43、その光学的膜厚n1・d1 =0.222
・λo のSiO2 膜より構成される第一層6と、n2 =
1.85、その光学的膜厚n2 ・d2 =0.330・λ
o のHfO2 膜より構成される第二層7を真空蒸着法に
よりSML2の両端面に形成して実施例に係るLD励起
固体レーザ装置の上記SML2を求めた。尚、図7は、
上記第一層6と第二層7から成る光学薄膜21、22が
設けられたSML2の光軸上における分光反射特性を示
すグラフ図である。
【0039】尚、比較例として上述した特開平2−67
155号公報の手法に従い、SMLの両端面にその屈折
率n1 が1.38で光学的膜厚n1 ・d1 が1/4・λ
o のMgF2 膜から成る第一層目と、その屈折率n2 が
1.63で光学的膜厚n2 ・d2 が1/4・λo のAl
2 O3 膜から成る第二層目とで構成される2層反射防止
膜を形成した。
155号公報の手法に従い、SMLの両端面にその屈折
率n1 が1.38で光学的膜厚n1 ・d1 が1/4・λ
o のMgF2 膜から成る第一層目と、その屈折率n2 が
1.63で光学的膜厚n2 ・d2 が1/4・λo のAl
2 O3 膜から成る第二層目とで構成される2層反射防止
膜を形成した。
【0040】図8は、第一層6と第二層7から成る光学
薄膜21、22が設けられた実施例に係るSMLと、上
記2層反射防止膜が設けられた比較例に係るSMLの各
端面へLDから励起光を照射し、その光軸から半径方向
の距離に対応する反射率をプロットしたグラフ図であ
る。
薄膜21、22が設けられた実施例に係るSMLと、上
記2層反射防止膜が設けられた比較例に係るSMLの各
端面へLDから励起光を照射し、その光軸から半径方向
の距離に対応する反射率をプロットしたグラフ図であ
る。
【0041】そして、このグラフ図から、比較例に較べ
実施例においてはSMLの半径方向端部の反射率が極端
に低減していることが確認できる。
実施例においてはSMLの半径方向端部の反射率が極端
に低減していることが確認できる。
【0042】また、上記光学薄膜21、22が設けられ
た実施例に係るSMLと、2層反射防止膜が設けられた
比較例に係るSMLをそれぞれLD励起固体レーザ装置
に組込み、各装置から出力されるSH波の数10k〜1
MHz範囲のノイズをスペクトルアナライザーを用いて
観察した。
た実施例に係るSMLと、2層反射防止膜が設けられた
比較例に係るSMLをそれぞれLD励起固体レーザ装置
に組込み、各装置から出力されるSH波の数10k〜1
MHz範囲のノイズをスペクトルアナライザーを用いて
観察した。
【0043】この結果、実施例に係るLD励起固体レー
ザ装置においては比較例に較べ数10k〜1MHz範囲
のノイズが約50%低減していることが確認できた。
ザ装置においては比較例に較べ数10k〜1MHz範囲
のノイズが約50%低減していることが確認できた。
【0044】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、グレーデ
ッドインデックス型集光レンズの少なくとも一方の端面
に形成された第一層と第二層の各層は、全体に均一な膜
厚であるにも拘らずグレーデッドインデックス型集光レ
ンズの光軸面に垂直入射された励起光の反射率並びにそ
の有効半径部位に入射角θo で入射された励起光の反射
率についてこれを最小にすることができるため、上記グ
レーデッドインデックス型集光レンズの端面全体からの
励起光の反射を著しく低減させることが可能となる。
ッドインデックス型集光レンズの少なくとも一方の端面
に形成された第一層と第二層の各層は、全体に均一な膜
厚であるにも拘らずグレーデッドインデックス型集光レ
ンズの光軸面に垂直入射された励起光の反射率並びにそ
の有効半径部位に入射角θo で入射された励起光の反射
率についてこれを最小にすることができるため、上記グ
レーデッドインデックス型集光レンズの端面全体からの
励起光の反射を著しく低減させることが可能となる。
【0045】従って、励起光を出射する半導体レーザの
発振が安定しこれに伴い基本波の発振も安定するため、
SH波のノイズが低いLD励起固体レーザ装置を簡便に
提供できる効果を有している。
発振が安定しこれに伴い基本波の発振も安定するため、
SH波のノイズが低いLD励起固体レーザ装置を簡便に
提供できる効果を有している。
【0046】また、請求項2に係る発明によれば、グレ
ーデッドインデックス型集光レンズの端面全体からの励
起光の反射を低減できると共にその光学薄膜の物理的耐
性の向上も図ることが可能になるため、SH波のノイズ
が低くかつ耐久性良好なLD励起固体レーザ装置を簡便
に提供できる効果を有している。
ーデッドインデックス型集光レンズの端面全体からの励
起光の反射を低減できると共にその光学薄膜の物理的耐
性の向上も図ることが可能になるため、SH波のノイズ
が低くかつ耐久性良好なLD励起固体レーザ装置を簡便
に提供できる効果を有している。
【図1】実施例に係るLD励起固体レーザ装置の概略構
成図。
成図。
【図2】光学薄膜が形成されたグレーデッドインデック
ス型集光レンズの部分拡大図。
ス型集光レンズの部分拡大図。
【図3】半導体レーザからの励起光の光路を示す説明
図。
図。
【図4】励起光を出射する半導体レーザの概略構成図。
【図5】上記集光レンズの半径方向の屈折率分布を示す
グラフ図。
グラフ図。
【図6】上記集光レンズに対する励起光の入射角と屈折
角の説明図。
角の説明図。
【図7】光学薄膜が設けられた集光レンズの光軸上にお
ける分光反射特性を示すグラフ図。
ける分光反射特性を示すグラフ図。
【図8】実施例と比較例に係るグレーデッドインデック
ス型集光レンズの半径方向における反射率分布を示すグ
ラフ図。
ス型集光レンズの半径方向における反射率分布を示すグ
ラフ図。
【図9】従来のLD励起固体レーザ装置の概略構成図。
1 半導体レーザ(LD) 2 セルホックマイクロレンズ(SML) 3 固体レーザ素子 4 第二高調波発生素子 5 出力鏡 6 第一層 7 第二層 21、22 光学薄膜 31、32 光学薄膜 41、42 光学薄膜 51 光学薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】半導体レーザと、この半導体レーザからの
励起光を集光するグレーデッドインデックス型集光レン
ズと、集光された励起光が照射されて基本波を発生する
固体レーザ素子と、この基本波が入射されて第二高調波
を出力する第二高調波発生素子とを備えるLD励起固体
レーザ装置において、 上記グレーデッドインデックス型集光レンズの少なくと
も一方の端面に、表面側から屈折率n1 の材料で構成さ
れた第一層と屈折率n2 の材料で構成された第二層より
成る光学薄膜を設け、 かつ、この光学薄膜が設けられたグレーデッドインデッ
クス型集光レンズの光軸面に上記半導体レーザから垂直
入射された励起光の反射率を極小にする下記数式(1)
〜(4)の条件を満たすと共に、 下記数式(5)〜(10)で求められ光学薄膜が設けら
れたグレーデッドインデックス型集光レンズの有効半径
部位に半導体レーザから入射角θo で入射された励起光
の反射率Rが最小となる条件で上記第一層の光学的膜厚
n1 ・d1 と第二層の光学的膜厚n2 ・d2 の値が設定
されていることを特徴とするLD励起固体レーザ装置。 【数1】 【数2】 (但し、δ1 は第一層の位相差、δ2 は第二層の位相
差、no は空気の屈折率、ns はグレーデッドインデッ
クス型集光レンズの光軸上の屈折率、ns ’はグレーデ
ッドインデックス型集光レンズの有効半径部位の屈折
率、d1 は第一層の物理的膜厚、d2 は第二層の物理的
膜厚、λo は半導体レーザからの励起光の波長、θo は
上記励起光の空気から第一層への入射角、θ1 は空気か
ら第一層への屈折角、θ2 は第一層から第二層への屈折
角、θs は第二層からグレーデッドインデックス型集光
レンズへの屈折角をそれぞれ示している) - 【請求項2】上記光学薄膜の第一層が低屈折率物質のS
iO2 薄膜により構成され、かつ、第二層が高屈折率物
質のHfO2 薄膜により構成されていることを特徴とす
る請求項1記載のLD励起固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719092A JPH06120597A (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Ld励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719092A JPH06120597A (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Ld励起固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120597A true JPH06120597A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17441369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26719092A Pending JPH06120597A (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Ld励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120597A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0743724A3 (de) * | 1995-05-16 | 1997-02-26 | Adlas Gmbh & Co Kg | Longitudinal gepumpter Laser |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP26719092A patent/JPH06120597A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0743724A3 (de) * | 1995-05-16 | 1997-02-26 | Adlas Gmbh & Co Kg | Longitudinal gepumpter Laser |
| US5883915A (en) * | 1995-05-16 | 1999-03-16 | Adlas Gmbh & Co. Kg | Longitudinally pumped laser |
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