JPH0669569A - 光波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ共振器を構成する固体レーザ結晶を所
定の楔形状とし、出力ミラーから反射されてきたレーザ
光に対してこの結晶の入射端面を所定角度とすることに
よって、簡単な構成で所望とする出力光の基本波のみを
発振することができる。 【構成】 光波長変換装置16は、励起用レーザ光を照射
される楔形状のＮｄドープＹＡＧレーザ結晶13と、レー
ザ光を共振せしめるための出力ミラー14および励起用レ
ーザ光入射端面13Ａ上に形成された端面ミラーと、基本
波を入力されてその第２高調波を出力するＫＮｂＯ₃ 結
晶15とを備えている。また、発振させたい波長のレーザ
光の屈折角がＹＡＧレーザ結晶13の楔角（第１端面13Ａ
と第２端面13Ｂの交差角）θ₁ と等しくなるように経路
21に対する上記第２端面13Ｂの傾きを調整することによ
って、所望の波長のレーザ光のみを第２端面13Ａの端面
ミラーで正反射させるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラープリンタ等の各
種光学装置に使用されるもので、固体レーザ結晶および
光波長変換素子を用いて特に緑色や青色等の短波長領域
の光を生成するための光波長変換装置に関し、詳しくは
レーザ共振器の励起光入射側ミラー部分の構造の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラープリンタ等の種々の光学装置の分
野において緑色や青色の波長領域の短波長光を生成する
必要が生じている。このような短波長光を生成する技術
としては、例えばＮｄ（ネオジウム）をドープしたＹＡ
Ｇレーザ結晶を半導体レーザ光（809nm)により励起し、
これによりＹＡＧレーザ結晶から発振される1064nmや94
6nm の赤外レーザ光を基本波としてＫＮｂＯ₃ 結晶（以
下ＫＮと称する）等の非線形光学結晶に通し、これらの
第２高調波である532nm （緑色）や473nm （青色）のレ
ーザ光を得るものが知られている。

【０００３】また、共振器を構成する２つのミラーのう
ち励起光入射側のミラーを、上記ＹＡＧレーザ結晶の共
振器外側端面をコーティングすることにより形成したも
のが知られている。

【０００４】すなわち、例えば図３に示す如く半導体レ
ーザ光源１から出力された波長809nm のレーザ光を集束
レンズ２を通して平板状のＹＡＧレーザ結晶（Ｎｄドー
プ）３に入射せしめてＹＡＧレーザ結晶３を端面励起せ
しめ、このＹＡＧレーザ結晶３から波長946nm のレーザ
光を含む、波長の異なる複数本のレーザ光を出力せしめ
る。波長946nm のレーザ光はＹＡＧレーザ結晶３の励起
光入射端面をコーティングしてなる入射側ミラー３Ａと
出力ミラー４との間を往復反射するうちにＫＮｂＯ₃ 結
晶（以下ＫＮと称する）からなる光波長変換素子５によ
って波長473nm（青色）の第２高調波に波長変換され
る。波長473nm のレーザ光は出力ミラー４を透過して外
部に出力され、これにより青色領域のレーザ光を得るこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように上記技
術によって青色領域のレーザ光（波長473nm ）を得る場
合にはＮｄドープされたＹＡＧレーザ結晶３からの波長
946nm のレーザ光を共振器内で往復反射させる必要があ
るが、ＹＡＧレーザ結晶３からは波長946nm 以外にも例
えば波長1064nmのレーザ光が出力される。

【０００６】この波長1064nmのレーザ光は、ＹＡＧレー
ザ結晶３から出力される光のうち一番強度が大きく、し
たがって波長946nm の光を発振させるためには共振器を
構成する２つの反射ミラーのコーティングを工夫して、
波長946nm の光に対しては高反射（可能な限り反射率10
0 ％に近づける）とし、波長1064nmの光に対しては低反
射（例えば反射率70％以下）とする必要がある。

【０００７】しかしながら、上記２つの波長が極めて近
い値であることから上述した如き理想的な特性を有する
コーティング膜を生成することは困難である。

【０００８】本願発明はこのような事情に鑑みなされた
もので、簡単な構成で所望する出力光の基本波を発振す
ることのできる光波長変換装置を提供することを目的と
するものである。

【０００９】さらに、上述したように共振器を構成する
２つのミラーのうち励起光入射側のミラーが固体レーザ
結晶の励起光入射側端面をコーティングすることによっ
て構成されている場合には、この端面からの励起用レー
ザ光の反射光が励起用レーザ光源に戻ってノイズ源とな
るのを防止すべくこの反射光の取扱いを工夫する必要が
ある。

【００１０】そこで本願発明は、簡単な構成で所望する
出力光の基本波を高反射率で反射することができるとと
もに、励起用レーザ光がレーザ光源に戻らないように設
定し得る光波長変換装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１１】また、上述したように固体レーザ結晶の励
起光入射側端面が共振器ミラーの一方を構成している場
合には、この共振器内を往復するレーザ光は固体レーザ
結晶内を通過することになるので、上記固体レーザ結晶
の励起光入射側端面（反射面）とは逆側の端面に入射す
る際における反射率はできるだけ小さくすることが発振
効率を向上させる上で好ましい。この端面に反射防止膜
を形成することも可能であるが、これでは製造コストが
大となり好ましくない。

【００１２】そこで本願発明は、固体レーザ結晶の励起
光入射側端面とは逆側の端面において、反射防止膜を形
成せずとも出力光の基本波に係るレーザ光の反射率をで
きるだけ小さくすることのできる光波長変換装置を提供
することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明に係る第１の光
波長変換装置は、固体レーザのレーザ共振器を構成する
２つのミラーの間に光波長変換素子を配設し、これら２
つのミラーのうち励起用光ビームの入射側のミラーが固
体レーザ結晶の共振器外側の端面を加工することにより
形成されてなる光波長変換装置であって、前記固体レー
ザ結晶が、前記外側端面とこの外側端面に対向する内側
端面とが交差する楔形状をなし、かつこの固体レーザ結
晶の傾きが、この固体レーザ結晶により生成された前記
２つのミラー間を往復する、所望の出力波の基本波レー
ザビームが前記外側端面の内側で正反射するように調整
されてなることを特徴とするものである。

【００１４】上記「交差」とは２つの端面の延長面が交
差する場合も含む。

【００１５】また、上記「基本波」とは高調波に対応す
る用語であって光波長変換素子において高調波に波長変
換される前のものをいう。

【００１６】また本願発明に係る第２の光波長変換装置
は、上記第１の光波長変換装置において、前記励起用光
ビームが、前記外側端面に垂直となる方向に対し傾いた
方向から該外側端面に入射するように前記固体レーザ結
晶の傾きを調整されてなることを特徴とするものであ
る。

【００１７】また本願発明に係る第３の光波長変換装置
は、上記第１または第２の光波長変換装置において、前
記内側端面に対する前記基本波レーザビームの入射角α
がブリュースタ角となるように、かつ該基本波レーザビ
ームが該内側端面に対してＰ偏光となるように前記固体
レーザ結晶の傾きを調整されてなることを特徴とするも
のである。

【００１８】さらに本願発明に係る第４の光波長変換装
置は、上記第１の光波長変換装置において、前記固体レ
ーザ結晶がＹＡＧレーザ結晶であり、前記光波長変換素
子がＫＮｂＯ₃ 結晶であることを特徴とするものであ
る。

【００１９】

【作用および発明の効果】上記第１の光波長変換装置に
よれば、固体レーザ結晶を楔形状とし、この固体レーザ
結晶により生成された、所望の出力波の基本波レーザビ
ームが上記固体レーザ結晶の共振器外側端面の内側で正
反射するよう、この固体レーザ結晶の傾きを調整してい
る。

【００２０】すなわち、固体レーザ結晶の端面励起によ
り生成されたレーザ光は出力ミラーによって反射され、
固体レーザ結晶に再入射する。固体レーザ結晶からは複
数本の波長の異なるレーザ光が出力されているので、こ
れら複数本のレーザ光が固体レーザ結晶に再入射するこ
とになるが、この固体レーザ結晶の共振器内側端面にお
ける屈折角の大きさはレーザ光の波長によって異なるの
で、これら複数本のレーザ光がこの固体レーザ結晶内を
通過してその共振器外側端面に達っしたときには、この
外側端面における入射角は各々異なることになる。

【００２１】共振器内でレーザビームが発振するために
はこの外側端面で反射したレーザビームがその入射光路
を逆進すること、すなわちこの外側端面で正反射するこ
とが必要となる。

【００２２】本発明装置では、所望の出力波の基本波レ
ーザビームがこの外側端面で正反射するように調整して
いるから、他の波長のレーザビームは全て正反射しない
ことになり、したがって所望の出力波の基本波レーザビ
ームのみを共振器内で発振させることが可能となる。

【００２３】この後、発振した所望の出力波の基本波レ
ーザビームは波長変換素子によって所望の出力波に変換
され、この所望の出力波のみが出力ミラーから外部に出
力されることになる。

【００２４】また、上記第２の光波長変換装置によれ
ば、固体レーザ結晶の共振器外側端面に垂直となる方向
に対して傾いた方向から励起用光ビームが該外側端面に
入射するように調整されているので、この励起用光ビー
ムの該外側端面からの反射は正反射とならず、したがっ
てこの反射光が励起用光源に戻ってノイズの原因となる
のを防止できる。

【００２５】また、上記第３の光波長変換装置によれ
ば、固体レーザ結晶の共振器内側端面に対する所望の出
力光の基本波レーザビームの入射角αがブリュースタ角
となるように、かつこの基本波レーザビームが上記内側
端面に対してＰ偏光となるように調整されており、この
基本波レーザビームの全部が上記内側端面から入射し、
反射する成分を有していないから、この内側端面に反射
防止膜を形成せずとも、この内側端面における反射率を
略０とすることが可能である。

【００２６】さらに、上記第４の光波長変換装置によれ
ば、固体レーザ結晶をＹＡＧレーザ結晶、光波長変換素
子をＫＮｂＯ₃ 結晶（ＫＮ素子）としている。

【００２７】ＹＡＧレーザ結晶を所定波長の励起光で励
起すると1064nm、946nm 等の波長のレーザ光が生成され
る。これを上記ＫＮ素子に通すと532nm 、473nm 等の第
２高調波が出力され、これを出力ミラーから選択的に取
り出すことによって短波長の可視光を得ることができ
る。しかし、上記1064nmと946nm の光は波長的に接近し
ており、いずれか所望の一方を確実に発振させることは
ミラー上へのコーティングを工夫することによっては難
しい。

【００２８】本装置においては、固体レーザ結晶を楔形
状とし、その傾きを調整することによって所望波長のレ
ーザ光のみを固体レーザ結晶の共振器外側端面で正反射
させるようにしているから、上述した如く波長が近接し
た複数本のレーザ光が生成される場合においても所望波
長のレーザ光のみを容易に発振させることが可能とな
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００３０】図１は本発明の実施例に係る光波長変換装
置を搭載したレーザ発振装置を示す概略図である。

【００３１】このレーザ発振装置は、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）11と、この半導体レーザ（ＬＤ）11から出力された
励起用レーザ光（波長809nm ）を集束せしめる集光ロッ
ドレンズ12と、この集束された励起用レーザ光を照射さ
れ、このレーザ光とは異なる所望の短波長のレーザ光を
出力する光波長変換装置（共振器）16を備えている。

【００３２】また、この光波長変換装置16は、集束ロッ
ドレンズ12によって励起用レーザ光を照射される楔形状
のＮｄドープＹＡＧレーザ結晶13と、このＹＡＧレーザ
結晶13から出力されるレーザ光を共振せしめるための出
力ミラー14およびＹＡＧレーザ結晶13の励起用レーザ光
入射端面（以下第１端面と称する）13Ａ上に形成された
端面ミラーと、基本波を入力され、この第２高調波を出
力する光波長変換素子としてのＫＮｂＯ₃ 結晶（以下Ｋ
Ｎ素子と称する）15とを備えている。

【００３３】上記ＹＡＧレーザ結晶13は波長809nm の励
起用レーザ光によって端面励起され、波長1064nmや946n
m の複数本のレーザビームを出力する。出力された複数
本のレーザビームは出力ミラー14によって反射される
が、共振器ミラーを構成する出力ミラー14と、ＹＡＧレ
ーザ結晶13の第１端面13Ａ上の端面ミラーとの間で波長
946nm のレーザビームのみが発振するように構成されて
いる。

【００３４】この発振した、波長946nm のレーザビーム
は共振器16内に配されたＫＮ素子によって入射光の第２
高調波である波長473nm のレーザビームに変換される。

【００３５】出力ミラー14は波長473nm 付近のみの光を
透過するようなコーティング特性を有するように構成さ
れているから、波長473nm のレーザビームのみが出力ミ
ラー14から出力されることとなる。

【００３６】ところで、本実施例装置においては上述し
た如くＹＡＧレーザ結晶13から出力された複数波長のレ
ーザ光のうち波長946nm のレーザ光のみが発振するよう
になっている。この原理を、ＹＡＧレーザ結晶13を拡大
して示す図２を用いて説明する。

【００３７】すなわち、図２においてＹＡＧレーザ結晶
13から出力され、出力ミラー14で反射された、互いに波
長の異なる複数のレーザ光は経路21もしくはこの経路に
平行な経路を通って、内側端面（以下第２端面と称す
る）13ＢからＹＡＧレーザ結晶13に再入射する。

【００３８】この経路21は上記第２端面13Ｂの法線22に
対して角度αだけ傾いている。したがってＹＡＧレーザ
結晶13に再入射する際のレーザ光の入射角はαとなる。

【００３９】このように入射角αでＹＡＧレーザ結晶13
に入射した、互いに波長の異なる複数のレーザ光は波長
に応じて屈折率が異なることから、互いに屈折角が異な
ることになる。

【００４０】一方、光が空気中からＹＡＧレーザ結晶13
内に入射するときスネルの法則により sin α＝ｎsin θ …（１） が成立する。

【００４１】（但し、入射光に対するＹＡＧレーザ結晶
１３の屈折率をｎ（入射光波長の変数）、入射角をα、
屈折角をθとする。）したがって、波長の異なる複数の
レーザ光が同一の入射角αで第２端面13ＢからＹＡＧレ
ーザ結晶13内に入射しても、波長によってＹＡＧレーザ
結晶13の屈折率ｎが変化することから屈折角θ（すなわ
ち再入射後のレーザ光の経路）はその波長によって全て
異なることとなる。

【００４２】ここで、ＹＡＧレーザ結晶13で生成された
レーザ光が発振するためには、少なくとも共振器両端の
ミラーで各々正反射するという条件を満足する必要があ
り、したがってＹＡＧレーザ結晶13に再入射したレーザ
光のうち第１端面13Ａの端面ミラーに垂直に入射するレ
ーザ光のみが発振することとなる。

【００４３】そこで、発振させたい波長のレーザ光（本
実施例では946nm のレーザ光）の屈折角がＹＡＧレーザ
結晶13の楔角（第１端面13Ａと第２端面13Ｂの交差角）
θ₁と等しくなるように経路21に対する上記第２端面13
Ｂの傾きを調整することによって、所望の波長のレーザ
光のみを第２端面13Ａの端面ミラーで正反射させること
ができ、この所望の波長を発振させることができる。

【００４４】以上の如き構成により、本実施例において
は波長的に946nm に極めて近い波長1064nmのレーザ光の
戻り反射率を実質的に低下させることによって波長946n
m のレーザ光の発振を可能としている。

【００４５】また、上記図２におけるＹＡＧレーザ結晶
13の第２端面13Ｂへの再入射光の入射角αをブリュース
タ角に設定し、かつ波長946nm のレーザ光がこの第２端
面13Ｂに対してＰ偏光となるように偏光調整することに
よって、この波長946nm のレーザ光のこの第２端面13Ｂ
における反射を防止することも可能である。これにより
この第２端面13Ｂ上に反射防止膜等の薄膜コーティング
を施す必要がなくなる。

【００４６】一方、図２において半導体レーザ（ＬＤ）
11からの励起用レーザ光は経路24を通って第１端面13Ａ
からＹＡＧレーザ結晶13に入射する。このときこの励起
用レーザ光は第１端面13Ａに垂直入射せず、この第１端
面13Ａの法線25から傾いた方向から入射するようにこの
ＹＡＧレーザ結晶13の配設位置を調整することも可能で
ある。

【００４７】これにより、この励起用レーザ光の第１端
面13Ａからの反射光は入射経路24をそのまま戻ることは
なく別の方向に反射されることから、この反射光が半導
体レーザ（ＬＤ）11に戻るおそれがなく、戻り光による
半導体レーザ（ＬＤ）11のノイズ増加を防止できる。

【００４８】また、半導体レーザからのレーザ光のビー
ムスポットは一般に楕円形状をなしているため、例えば
図２の紙面に垂直となる方向と上記ビームの断面長径方
向が一致するように調整すればこの励起用レーザビーム
のスポット形状を整形するための補助とすることも可能
である。

【００４９】なお、本願発明の光波長変換装置として
は、上述した実施例のものに限られるものではなく、そ
の他種々の態様のものに変更することが可能である。

【００５０】例えば、上述した実施例においては固体レ
ーザ結晶としてＹＡＧレーザ結晶を、光波長変換素子と
してＫＮｂＯ₃ 結晶を用いているが、これに代え、固体
レーザ結晶としてＮｄがドーピングされたＹＶＯ₄ 等の
他のレーザ結晶を用いたり、光波長変換素子としてＫＴ
Ｐ，ＫＤＰ，ＢＢＯ，ＬＢＯ，ＵＲＥＡ等の他の光波長
変換素子を用いることが可能である。

【００５１】また、発振させるレーザ光としても946nm
の波長のものに限られず、他の波長のレーザ光とするこ
とももちろん可能である。

【００５２】さらに、固体レーザ結晶への励起用光ビー
ムの入射角をこの入射面に対するブリュースタ角とし、
かつこの励起用光ビームを上記入射面に対するＰ偏光と
すればこの入射面における反射率を略０とすることがで
き好ましい。

【００５３】また、上述した実施例においては、第１端
面13Ａ，第２端面13Ｂ共に、励起用光ビームに垂直な面
に対して同一方向に傾けるようにしているが、これら２
つの端面13Ａ，13Ｂを上記垂直な面に対して互いに異な
る方向に傾けるようにしてももちろんかまわない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る光波長変換装置を適用し
た一例を示す概略図

【図２】図１に示す装置のＹＡＧレーザ結晶を拡大して
示す概略図

【図３】従来技術を示す概略図

【符号の説明】

１，11 半導体レーザ ３，13 ＹＡＧレーザ結晶 ３Ａ，13Ａ 第１端面 13Ｂ 第２端面 ４，14 出力ミラー ５，15 ＫＮ素子 16 光波長変換装置（共振器）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザのレーザ共振器を構成する２
   つのミラーの間に光波長変換素子を配設し、これら２つ
   のミラーのうち励起用光ビームの入射側のミラーが固体
   レーザ結晶の共振器外側の端面を加工することにより形
   成されてなる光波長変換装置において、 前記固体レーザ結晶が、前記外側端面とこの外側端面に
   対向する内側端面とが交差する楔形状をなし、 かつこの固体レーザ結晶の傾きが、この固体レーザ結晶
   により生成された前記２つのミラー間を往復する、所望
   の出力波の基本波レーザビームが前記外側端面の内側で
   正反射するように調整されてなることを特徴とする光波
   長変換装置。
2. 【請求項２】 前記励起用光ビームが、前記外側端面に
   垂直となる方向に対し傾いた方向から該外側端面に入射
   するように、前記固体レーザ結晶の傾きを調整されてな
   ることを特徴とする請求項１記載の光波長変換装置。
3. 【請求項３】 前記内側端面に対する前記基本波レーザ
   ビームの入射角αがブリュースタ角となるように、かつ
   該基本波レーザビームが該内側端面に対してＰ偏光とな
   るように前記固体レーザ結晶の傾きを調整されてなるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の光波長変
   換装置。
4. 【請求項４】 前記固体レーザ結晶がＹＡＧレーザ結晶
   （Ｎｄドープ）であり、前記光波長変換素子がＫＮｂＯ
   ₃ 結晶であることを特徴とする請求項１記載の光波長変
   換装置。