JPH0710964U - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ励起個体レーザに於いて、効率
の良い動作を得ると共に第２高調波の偏光方向を垂直ま
たは水平の使用に応じた方向で得る。 【構成】 半導体レーザ１から発光される励起光の光軸
上に、半導体レーザ１側から、半導体レーザ１の波長で
機能する１／２波長板４と、集光レンズ２と、固体レー
ザ媒質としてのNd:YVO₄ 結晶５と、波長変換素子である
KTP結晶６と、共振器ミラー３とをこの順に配置し、 N
d:YVO₄結晶５の励起側端面に、コーティングにより共振
器ミラー５ａを形成する。半導体レーザ１をその偏光方
向を水平にし、１／２波長板４をその速軸方向を水平に
対して２２.５゜にし、 Nd:YVO₄結晶５をその吸収係数
が大である軸方向を水平に対して４５゜にし、 KTP結晶
６をその異常光軸方向を鉛直にするようにそれぞれ配置
する。第２高調波の偏光方向が垂直または水平の使用に
応じた方向で得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、固体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザからの光を直接あるい は光ファイバーなどで導光し、これを励起光として固体レーザ媒質を端面励起す る固体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、互いに対向する一対のミラー間にNd:YAGなどの固体レーザ媒質を設置し てなる共振器中に、その一方の端面から半導体レーザからの放射光を照射して励 起させる形式の固体レーザ装置があり、これは希ガスランプなどを用いた形式の 固体レーザ装置よりも手軽なレーザ光源として知られている。固体レーザ光の第 ２高調波光は光記録や光計測用の光源として利用価値が高い。

【０００３】 第２高調波光を発生させるには、例えばKTP(KTiOPO₄)などの非線形光学結晶を 用いるが、そこで発生する第２高調波光の偏光は KTP結晶の異常光軸方向に平行 な直線偏光となる。このため、 KTP結晶の置き方によって取り出される第２高調 波光の偏光が決ってしまう。一方、様々な用途においてレーザ光の偏光は垂直方 向か水平方向であることが便利なことが多い。

【０００４】 例えば、光磁気ディスク装置では、ディスクによる偏光回転を情報とするが、 これには基準が必要であり、基準となる偏光方向は設計者の好みにより鉛直方向 または水平方向にとられる。通常ディスクを水平面内で回転させ、レーザ光源か らの光は、水平方向に出射され、ディスクまでは生産性の良い立方体形状のガラ スで作られたミラーで直角に折れ曲がった光路で導光される。従って、レーザ光 源からディスクを経て光検出器に至るまでの導光効率を良くするにはレーザ光源 の偏光方向は鉛直方向または水平方向にとる必要があり、効率を良くすることは 民生品にとって消費電力の節約に繋がるので大変重要である。

【０００５】 このような観点から、半導体レーザ励起固体レーザの第２高調波光を見てみる と、波長変換素子である KTP結晶の配置を始めに決定し、しかる後に物理法則に したがってレーザ発振が最も効率良く実現するように、レーザの構成要素を配置 しなければならないことが分かる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来技術の問題点に鑑み、本考案の主な目的は、効率の良い動作を 得られると共に、取り出される第２高調波光の偏光方向が使用に都合の良い方向 で得られる固体レーザ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このような目的は、本考案によれば、半導体レーザと、前記半導体レーザから の励起光により端面励起する異方性固体レーザ媒質と、一対のミラーからなる共 振器と、前記共振器からの出射光として第２高調波光を発生させるための非線形 光学結晶と、前記励起光を偏光回転して前記異方性固体レーザ媒質の吸収係数が 大となる軸方向に一致させるための１／２波長板とを有し、前記半導体レーザを その偏光方向が水平になるように配置し、前記１／２波長板をその速軸方向が水 平に対して ２２.５゜になるように配置し、前記異方性個体レーザ媒質をその吸 収係数が大である軸方向が水平に対して４５゜になるように配置し、前記非線形 光学結晶をその異常光軸方向が鉛直にするように配置したことを特徴とする固体 レーザ装置を提供することにより達成される。特に、全体を水平に対し９０゜回 転させると良い。また、固体レーザ媒質がNd:YVO₄結晶であると良い。

【０００８】

【作用】

異方性固体レーザ媒質は、良く知られたNd:YAGのような等方性レーザ結晶と異 なり、結晶軸で決まる一方向の直線偏光でレーザ発振する性質がある。異方性固 体レーザ媒質の一つであるNd:YVO₄ は、半導体レーザの発振波長での吸収係数が 大きく、半導体レーザ励起に適した固体レーザ媒質として注目されている。Nd:Y VO₄ は、一軸性の結晶であり、結晶のｃ軸方向とａ軸方向とでは異なる吸収係数 を有している。その大きさの比率は、GaAs系半導体レーザの発振波長に当たる 8 09nm付近に於いて４対１程度であり、ｃ軸方向の吸収係数が大きい。

【０００９】 一方、一般に半導体レーザの偏光は、ほぼその活性層と平行な方向の直線偏光 である。したがって、Nd:YVO₄ レーザを効率良く動作させるためには、半導体レ ーザの偏光をNd:YVO₄ 結晶のｃ軸方向に一致させることが望ましい（例えば特開 平4-137775号公報参照）。このように効率良い動作という観点から、一般に異方 性結晶を固体レーザ媒質として用いる場合には、励起光である半導体レーザ光の 偏光を固体レーザ媒質の吸収係数が大である方向に一致させる必要がある。

【００１０】 しかしながら、半導体レーザの発光部である活性層は非常に小さいので、半導 体レーザの偏光をNd:YVO₄ 結晶のｃ軸方向に正確に一致させることは実際には容 易ではない。そのために本考案では、励起光である半導体レーザ光の偏光を回転 させるための１／２波長板を用い、半導体レーザとNd:YVO₄ 結晶との間に配置す る。

【００１１】 １／２波長板は、水晶のような透明な異方性結晶で作られているが、光が異方 性結晶中を伝播するとき、軸方向による屈折率の違いからそれぞれの軸方向で位 相速度差を生じる。光が速く進む方向の速軸と遅く進む方向の遅軸とが直交して おり、１／２波長板では速軸と遅軸との位相差がちょうどπになるようになって いるため、入射光の遅軸方向に振動する成分が、速軸方向に比べてπだけ位相が 遅れる。例えば入射光の偏光が１／２波長の速軸に対して４５゜であるとき、出 射光の偏光はちょうど９０゜回転することになる。一般に入射光の偏光方向と１ ／２波長板の速軸方向とがなす角をθとすると、出射光の偏光は２θだけ回転す る。

【００１２】 例えば、Nd:YVO₄ 結晶がａ軸カットになっていて、半導体レーザの偏光方向と Nd:YVO₄ 結晶のｃ軸が４５゜をなしているとすると、半導体レーザの偏光方向と １／２波長板の速軸とを ２２.５゜に設定すれば、半導体レーザの偏光を４５゜ 回転させることができ、半導体レーザの偏光をNd:YVO₄ 結晶のｃ軸方向に完全に 一致させることができる。

【００１３】 効率良い動作のために偏光が重要となるのは第２高調波光発生の場合も同様で あり、効率良く第２高調波光を発生させるためには、例えば、 KTP結晶を用いる 場合、固体レーザ光の偏光は KTPの異常光軸に対して４５゜方向の直線偏光であ ることが望ましい。発生する第２高調波の偏光は、 KTP結晶の異常光軸方向と平 行な直線偏光となる。このように第２高調波光の場合には、 KTP等の非線形光学 結晶の配置によって出力光の偏光が決ってしまうので、効率を考慮すると、その 前段階の異方性固体レーザ媒質を、水平に対して４５゜傾けて配置する必要があ る。

【００１４】 上記２つの要件から、例えば固体レーザ媒質としてNd:YVO₄ 結晶を用いる場合 には、半導体レーザ光の偏光が水平に対して４５゜方向の直線偏光であることが 望ましいことになる。従って、Nd:YVO₄ 結晶は、そのｃ軸が水平に対し４５゜方 向になるように配置する必要がある。また、半導体レーザの偏光方向が水平方向 であるとすれば、１／２波長板の速軸を水平に対して ２２.５゜に設定すれば、 半導体レーザの偏光を４５゜回転させることができ、半導体レーザの偏光をNd:Y VO₄ 結晶のｃ軸方向に完全に一致させることができる。異方性固体レーザ媒質に おいては吸収係数の大である軸と誘導放出断面積の大である軸とは一致している ので、以上の配置により最も効率良い動作が得られる。

【００１５】 このようにすれば、効率良い動作を得ると共に、取り出される第２高調波光の 偏光方向が使用に都合の良い方向で得られる。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案の好適実施例を添付の図面について詳しく説明する。

【００１７】 図１は、本考案が適用された実施例における固体レーザ装置の構成を示す模式 的斜視図である。本実施例では、図１に示されるように、半導体レーザ１から発 光される励起光の光軸上に、半導体レーザ１側から、半導体レーザ１の波長で機 能する１／２波長板４と、集光レンズ２と、固体レーザ媒質としてのNd:YVO₄ 結 晶５と、波長変換素子である KTP結晶６と、共振器ミラー３とが、この順に配置 されている。 Nd:YVO₄結晶５の励起側端面には、コーティングにより形成された 共振器ミラー５ａが設けられている。

【００１８】 本実施例のNd:YVO₄ 結晶５の大きさは３×３×１^t ｍｍであり、ａ-ｃ面でカ ットしてある。半導体レーザ１を、その偏光が図の矢印Ａ線に示される水平方向 となるように配置し、半導体レーザ１の上記偏光方向とNd:YVO₄ 結晶５のｃ軸と が４５゜をなすように、Nd:YVO₄ 結晶５を配置している。その半導体レーザ１の 偏光を、半導体レーザ１とレンズ２との間に配置された１／２波長板４を用いて 回転し、Nd:YVO₄ 結晶５の吸収係数の大であるｃ軸に一致させている。この１／ ２波長板４の配置の調整は、Nd:YVO₄ レーザ出力の大きさを観測しながら、出力 が最大となるようにして行い得る。波長変換素子である KTP結晶６は、その異常 光軸が垂直方向になるように共振器５ａ・３内に配置されている。

【００１９】 半導体レーザ１から放射された励起光（ 809nm）は、まず１／２波長板４を通 り、偏光回転してから集光レンズ２で集められ、Nd:YVO₄ 結晶５に照射され、Nd :YVO₄ 結晶５を励起し、基本レーザ光波長での自然放出光（1064nm）を生じさせ る。Nd:YVO₄ 結晶５から放射された自然放出光は、共振器ミラー３で反射され、 もと来た光路を逆に通ってNd:YVO₄ 結晶５に戻り、ここで誘導放出により増幅さ れつつ、Nd:YVO₄ 結晶５の励起側端面に施された共振器ミラーコーティング５ａ により反射され、共振器内を往復する。このようにして、共振器ミラー５ａ・３ がレーザ発振の条件を満足すればレーザ発振が生じる。Nd:YVO₄ 結晶５の場合に は、ｃ軸方向の発光強度が強いのでｃ軸方向の偏光で発振する。発振した基本レ ーザ光は、ちょうど波長変換素子である KTP結晶６の異常光軸に対し４５゜で入 射し、 KTP結晶６内で波長変換され、図の矢印Ｂで示されるように垂直方向の直 線偏光を持つ第２高調波光となり、出力ミラー３から出射される。

【００２０】 また、全体を水平に対し９０゜回転させることにより、水平方向の直線偏光を 持つ第２高調波光を出力ミラー３から出射させることができ、このように、第２ 高調波の偏光方向を使用に応じた好適な方向で得ることができる。

【００２１】 なお、本実施例に於いては、異方性固体レーザ媒質としてNd:YVO₄ 結晶を用い たが、他の異方性結晶であって良い。また、１／２波長板の挿入箇所は、半導体 レーザ１とNd:YVO₄ 結晶５との間であればどこでも良い。

【００２２】

【考案の効果】

このように本考案による固体レーザ装置によれば、効率の良い動作を得られる と共に、取り出される第２高調波光の偏光方向を、容易に使用に都合の良い方向 にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案が適用された実施例における固体レーザ
装置の構成を示す斜視的模式図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 集光レンズ ３ 共振器ミラー ４ １／２波長板 ５ Nd:YVO₄結晶 ５ａ 共振器ミラー ６ KTP結晶

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、前記半導体レーザから
   の励起光により端面励起する異方性固体レーザ媒質と、
   一対のミラーからなる共振器と、前記共振器からの出射
   光として第２高調波光を発生させるための非線形光学結
   晶と、前記励起光を偏光回転して前記異方性固体レーザ
   媒質の吸収係数が大となる軸方向に一致させるための１
   ／２波長板とを有し、 前記半導体レーザをその偏光方向が水平になるように配
   置し、前記１／２波長板をその速軸方向が水平に対して
   ２２.５゜になるように配置し、前記異方性個体レーザ
   媒質をその吸収係数が大である軸方向が水平に対して４
   ５゜になるように配置し、前記非線形光学結晶をその異
   常光軸方向が鉛直にするように配置したことを特徴とす
   る固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 全体を水平に対し９０゜回転させたこと
   を特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 固体レーザ媒質がNd:YVO₄結晶であるこ
   とを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体
   レーザ装置。