JPH0836201A - 波長可変レーザ装置およびレーザプリンタ装置 - Google Patents

波長可変レーザ装置およびレーザプリンタ装置

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JPH0836201A
JPH0836201A JP17395494A JP17395494A JPH0836201A JP H0836201 A JPH0836201 A JP H0836201A JP 17395494 A JP17395494 A JP 17395494A JP 17395494 A JP17395494 A JP 17395494A JP H0836201 A JPH0836201 A JP H0836201A
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JP
Japan
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wavelength
laser
laser device
semiconductor laser
resonator
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JP17395494A
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Inventor
Satoshi Makio
諭 牧尾
Masazumi Sato
正純 佐藤
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定な波長可変レーザ装置を実現し、その発
振波長を基本波として用いることで第二高調波発生の効
率および信頼性向上を可能とする。 【構成】 半導体レーザと共振器ミラーにより形成され
る外部共振器レーザにおいて外部共振器内に発振波長を
制御するための波長制御素子として複屈折フィルタを有
する波長可変レーザ装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光エレクトロニクス分
野、特にレーザ光源および可視レーザ光源を用いたレー
ザプリンタ装置または光ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
記録密度向上や高速印刷の要求を満足するため、短波長
化への要求が高まっている。しかし製品化レベルでは要
求の多い波長域である青領域を満足する光源としてはH
e−Cd(ヘリウム−カドミウム)レーザ装置やAr
(アルゴン)レーザ装置などのガスレーザ装置しかな
く、例えば光ディスク装置に搭載するには大型で消費電
力が大きく不向きであった。また、前記ガスレーザ装置
は一部のレーザプリンタ装置に光源として搭載されてい
るが、将来小型・低消費電力化を進める上で障害となる
可能性を有していた。
【0003】これに対して光第2高調波発生(SHG;
Second Harmonic Generation)を用いることで短波長化
する技術が提案された。このSHG光源の実用化技術の
検討は半導体レーザの高出力化と伴に進展した。その背
景には従来のガスレーザのような放電を必要とせず小
型、低消費電力化を実現する可能性を有していた点、
次に励起用半導体レーザの出力安定性および長寿命に依
存したSHG光源の高い信頼性(出力安定性、長寿
命)にある。前記ガスレーザと同等の出力波長を有する
SHG光源として、例えば近赤外の半導体レーザ出力を
第1の発振波すなわち基本波とし、外部共振器で共振さ
せて、その中に非線形光学結晶(以下で取り扱う波長変
換は全てSHGであるため単にSHG結晶と称す)であ
るKN(KNbO3;ニオブ酸カリウム)を配置することで
第2の発振波すなわちSH波である青色レーザ光を得る
方法が提案されている(W.J.Kozlovsky and W.Lenth,"G
eneration of 41mW of blue radiation by frequency d
oubling of a GaAlAsdiode laser",Appl.Phys.Lett.,vo
l.56,no.23,p2291,1990)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、SHG光源において外乱の影響を受けやす
い半導体レーザの発振波長を非線形結晶の変換効率が最
大となる波長に安定に合わせることと、非線形結晶を含
む外部共振器の共振器長を基本波の波長オーダで波長可
変制御することである。
【0005】SHG光源に必要とされる基本波光源の波
長制御がSHG出力の安定、高出力化には必要不可欠の
技術である。基本波の光源であるレーザ発振器の波長を
制御する方法として、従来から分散プリズム法、グレー
ティング法等がある。以下、その特徴と問題点を述べ
る。
【0006】(1)分散プリズム法はプリズム材質にお
ける屈折率の波長分散によって波長の分離角度を変え、
任意の角度に反射ミラーを置くことで特定の波長を共振
器内で発振させる方法である。分離角度が小さいため、
ガスレーザ等のように発振線が十数nm以上離れている
場合に有効である。
【0007】(2)グレーティング法はガラス基板表面
に形成した周期的な溝が回折格子となり特定の波長と次
数により回折効率が異なることを利用するもので、任意
の波長における±1、2次の回折光を取り出すことがで
きる。しかし、回折効率が最大60%程度と低く、レー
ザ共振器内に挿入することは出来ないため、複合外部共
振器として用いることで波長制御を行う。図6はグレー
ティング61による半導体レーザ11の発振波長の制御
を行なう構成図である。グレーティング61に入射する
レーザビーム17は平行ビームとする必要があり入射角
度がずれることで回折効率が低下し、発振スペクトル幅
が広がってしまう。また、グレーティング面と半導体レ
ーザ端面で構成する共振器は不安定領域に入りやすいた
めに調整が難しい等の問題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、検討を続
けた結果、半導体レーザと共振器ミラーにより形成され
る外部共振器レーザの外部共振器内に発振波長を制御す
るための波長制御素子を用いることにより、半導体レー
ザの発振波長を安定に制御した波長可変レーザ装置をえ
ることができることに想到した。また、その波長制御素
子としてブリュースタ角に傾けた複屈折結晶を用いるこ
とにより、損失の少ない広帯域な波長可変ができる。前
記複屈折結晶には水晶(SiO2)、LiNbO3、LiTa
3の何れかを用いる。前記半導体レーザの両端面もし
くは一つの端面に反射率2%以下の反射防止膜を施した
ものを用いる。
【0009】通常複屈折フィルタ法は複数の波長板(複
屈折結晶)と偏光子を組み合わせたもので、結晶の複屈
折性により常光と異常光とがそれぞれ異なった位相速度
で伝搬することを利用したものであり、結晶の厚さによ
り波長に対する偏光特性が異なるために任意の波長のみ
が透過するバンドパスフィルタとなる。複屈折結晶を共
振器内にブリュースター角で挿入することにより、理論
上、フィルタの損失は無くなり偏光子としての機能を合
わせ持つことができることにより、偏光子が不要とな
る。
【0010】前記外部共振器は少なくとも2枚以上の共
振器ミラーから構成し、少なくとも1枚が反射率99.9%
以上の全反射ミラーとすることで波長可変レーザ装置を
構成する。
【0011】また、前記外部共振器内に非線形結晶を配
置し、発振波長の半分の第二高調波を発生させる。前記
非線形結晶にはKN(KNbO3)、KLN(K3Li2-XNb
5+XO15+)、LBO(LiB3O5)を用い、共振器構造を形成す
る少なくとも1枚のミラーにおいて前記第二高調波の透
過率を60%以上とすることで効率よくSHG光を発生
させることができる。
【0012】これらの手段を採用することで半導体レー
ザを用いた小型で、かつ低消費電力な波長可変レーザ装
置を実現できた。この波長可変レーザ装置はレーザプリ
ンタ装置の光源として使用可能である。
【0013】
【実施例】
(実施例1)図1は本発明の一実施例を説明するための
図である。半導体レーザ11(LD)は後方端面に発振
波長に対して反射率2%以下の無反射(以下単にAR;
Anti-Reflection)コーティング12、前方端面13は
劈開による反射面を形成しているAlGaInP系半導体レー
ザを用い、出力150mW、発振波長850nmであ
る。半導体レーザから出射された発振ビーム17はレン
ズ14により集光され、反射率99.9%以上の全反射
(以下単にHR;High-Reflection)コーティングを施
した平面ミラー16と前方端面13との間で外部共振器
を形成する。レンズ14と平面ミラー16間に波長制御
素子15を配置することで波長制御する。波長制御素子
15は厚さの異なる3枚の水晶板(1、2、3mm)からなる
複屈折フィルタを用い、光軸に対してブリュースター角
に配置して光軸の回りを回転させることで波長制御す
る。波長制御されたレーザ光は前方端面13から出射さ
れる。
【0014】図4に複屈折フィルタ15を回転させた場
合の波長可変特性を示す。最大波長可変幅は約11nm
から数nmの小さな幅で不連続な波長可変特性を示して
いる。これはLD自身の発振特性であるゲイン幅が10
nm程度であることから複屈折フィルタの透過波長特性
の第1ピークで10nmの波長可変幅で発振し、第2ピ
ークでもLDの発振ゲインが高いために数nm幅で発振
特性を示している。図5にLD自身の発振スペクトル
(LD mode)と複屈折フィルタにより波長制御された発
振スペクトル(Control mode)を示す。図より制御され
た発振スペクトルはLD自身のモート゛から離れたところに
ピークを持ち、サイドモードが40dB以上抑圧された安定
な発振特性を示している。
【0015】(実施例2)図2は本発明の他の実施例を
説明するための図である。半導体レーザ11の両端面を
ARコート12した場合で後方端面から反射ミラーまで
の光学系は実施例1と同様である。前方端面側の凹面ミ
ラー21と平面ミラー16による共振器を形成した場合
である。凹面ミラー21は発振波長に対して反射率95
%の反射コーティングを施すことで5%の出力を共振器
外に取り出している。
【0016】(実施例3)図3は本発明の他の実施例を
説明するための図である。半導体レーザ11および共振
器光学系は実施例2と同様である。前方端面側に非線形
結晶31を挿入し、凹面ミラー32は基本波波長に対し
て反射率99.9%以上のHRコーティング、SH波長
に対しては透過率85%以上のARコーティングを施し
ている。非線形結晶31は3×3×5mmのKN結晶で
両端面には基本波波長に対して反射率0.2%以下、S
H波長に対して反射率1%以下のARコーティングを施
した。非線形結晶31の変換効率が最大となる波長に複
屈折フィルタを回転調整した。この時の出力ミラー32
から共振器外部に10mWのSH出力33が得られた。
非線形結晶31にはKLN(K3Li2-XNb5+XO15)、LBO
(LiB3O5)結晶を用いても良い。
【0017】(実施例4)図7は本発明を用いた一実施
例としてレーザビームプリンタの構成を説明するための
図である。実施例3で説明した波長可変レーザ装置10
0から出射されたSH出力33は、音響光学(以下単に
AO;Acousto-Optical)変調器201、折り返しミラ
ー206、ビームエキスパンダ202、回転多面鏡20
3、fθレンズ204を通過し、感光ドラム205に集
光される。AO変調器201は画像情報に応じてSH出
力33の変調を行い、回転多面鏡203は水平(紙面
内)方向に走査する。この組合せで2次元情報は感光ド
ラム205に部分的な電位差として記録される。感光ド
ラム205は前記電位差に応じてトナーを付着して回転
し、記録用紙に情報を再生する。
【0018】
【発明の効果】本発明では半導体レーザの発振波長を複
屈折フィルタにより制御することで安定化された波長可
変レーザ装置を実現した。また、その発振波長を基本波
として用いることで第二高調波発生の効率および信頼性
向上を実現した。さらに、この波長可変レーザ装置を光
源とする応用製品としてレーザプリンタなどの信頼性が
向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図3】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。
【図4】半導体レーザの発振波長の波長制御素子におけ
る波長可変特性を示すための図である。
【図5】半導体レーザの波長制御の有無による発振スペ
クトルを示すための図である。
【図6】従来の半導体レーザの波長制御方法を説明する
ための図である。
【図7】本発明を用いた一実施例を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
11 半導体レーザ 12 ARコーティング 14 レンズ 15 波長制御素子 16 平面ミラー 17 発振ビーム 21 凹面ミラー 31 非線形結晶 32 凹面ミラー 33 SH波またはSH出力

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザと共振器ミラーにより形成
    される外部共振器レーザにおいて外部共振器内に発振波
    長を制御するための波長制御素子を有することを特徴と
    する波長可変レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記波長制御素子としてブリュースタ角
    に傾けた複屈折結晶を用いることを特徴とする請求項1
    に記載の波長可変レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記複屈折結晶に水晶(SiO2)、LiNb
    3、LiTaO3の何れかを用いることを特徴とする請
    求項2に記載の波長可変レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体レーザの少なくとも一つの端
    面に反射率2%以下の反射防止膜が形成されていること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の波長
    可変レーザ装置。
  5. 【請求項5】 前記外部共振器が少なくとも2枚の共振
    器ミラーから構成されていることを特徴とする請求項1
    〜4のいずれかの項に記載の波長可変レーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記共振器ミラーの少なくとも1枚が反
    射率99.9%以上の全反射することを特徴とする請求項1
    〜5のいずれかの項に記載の波長可変レーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記外部共振器内に非線形結晶を配置
    し、前記非線形結晶により発振波長の半分の第二高調波
    を発生させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    の項に記載の波長可変レーザ装置。
  8. 【請求項8】 前記非線形結晶にKN(KNbO3)、KLN
    (K3Li2-XNb5+XO15)、LBO(LiB3O5)のうちの何れかを
    用いたことを特徴とする請求項7に記載の波長可変レー
    ザ装置。
  9. 【請求項9】 前記外部共振器を形成する少なくとも1
    枚のミラーにおいて前記第二高調波の透過率が60%以
    上であることを特徴とする請求項7または8に記載の波
    長可変レーザ装置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかの項に記載の
    波長可変レーザ装置を用いたことを特徴とするレーザプ
    リンタ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013546022A (ja) * 2010-11-14 2013-12-26 ケーエルエー−テンカー コーポレイション 高損傷閾値周波数変換システム
CN114374137A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 武汉安扬激光技术股份有限公司 一种光纤紫外飞秒激光器

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