JPH10270780A

JPH10270780A - ビームスプリッタ

Info

Publication number: JPH10270780A
Application number: JP7568197A
Authority: JP
Inventors: Naoji Moriya; 直司森谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ある波長に対して高反射率を示し、高透過さ
せるべき波長に対して非常に高い透過率を示す、光損失
の少ないビームスプリッタを提供する。【解決手段】平行平面板１１１の一方の面１１ｂに、
ある波長（２ω波）に対して選択的に高い反射率を示す
コーティング膜Ｆｂを形成し、その平行平面板の他方の
面１１ａに、高透過させるべき波長（ω波）を反射する
コーティング膜Ｆａを形成するとともに、この他方の面
１１ａの反射率が、一方の面１１ｂの反射率と略等しい
値に設定し、これら２つのコーティング膜Ｆｂ，Ｆａを
形成した平行平面板１１１が、高透過させるべき波長
（ω波）に対してエタロンとして機能するように構成す
ることで、非常に高い透過率を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ共振
器のミラーに用いられるビームスプリッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】２波長の光を分離するビームスプリッタ
としては、従来、石英や光学ガラス製の平行平面板の両
面を研磨し、その一方の面に、ある波長に対して高透過
／別の波長に対して高反射するコーティング膜を形成
し、他方の面に、上記一方の面のコーティング膜におい
て高透過となる波長に対して高透過率を示すコーティン
グ膜を形成したものが一般に使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したビ
ームスプリッタによれば、平行平面板の一方の面に形成
するコーティング膜が、ある波長に対して高反射／別の
波長に対して高透過するような２つの機能をもつ膜であ
るので、単機能コーティング膜と比較して、高反射と高
透過の双方の仕様について十分な性能を得ることは難し
く、しかも、平行平面板のもう一方の面に形成する高透
過膜にしても、ある程度の反射が残ることから、例えば
レーザ共振器用のミラーとして無視することができない
損失が存在する。

【０００４】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、ある波長に対して高反射率を示し、高透過させ
るべき波長に対して非常に高い透過率を示す、光損失の
少ないビームスプリッタの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】まず、従来のビームスプ
リッタが、透過波長に対して高い透過率を実現できない
理由を述べる。

【０００６】従来のビームスプリッタでは、平行平面板
の一方の面（図１の１１ｂ面）のコーティングを行うに
当たり、ある波長（２ω波）に対する高い反射率を基本
として、高透過させるべき波長（ω波）に対する透過率
を、実際の成膜時に考えられる膜厚誤差内で、できる限
り高い透過率が得られるように設計し、もう一方の面
（１１ａ面）には、ω波に対して高い透過率を実現する
ような手法を採用しているわけであるが、このような手
法によると、一般に１１ｂ面の２ωに対する高い反射率
を実現する上で自ずと限界がある。

【０００７】すなわち、２ω波に対する反射膜として考
えた場合、できる限り少ない総合膜厚で反射膜を形成し
たほうが、吸収・散乱の点で良質なコーティングが可能
になるが、ω波に対する高い透過率用件が制約になり、
総数を増加させるなど総合膜厚を増加させ、理論設計上
も反射率を制約する要素となり得る。

【０００８】また、ω波に対する高い透過率を実現する
に当たって、２ω波に対する高い反射率要件が制約とな
り、設計上からもある程度の妥協が必要になる（例えば
設計上において、９９％以下の透過率とせざるを得なく
なる）。

【０００９】そこで、本発明では、透明平行平面板の両
面にコーティングを施すとその素子がエタロンとして機
能する点に着目し、そのエタロン効果を利用することで
非常に高い透過率が得られるようにしている。

【００１０】すなわち、本発明のビームスプリッタで
は、図１に例示するように、透明材料製の平行平面板１
１１の一方の面（光入射側の面）１１ｂに、ある波長帯
域（２ω波）に対して選択的に高い反射率を示すコーテ
ィング膜Ｆｂを形成し、その平行平面板１１１の他方の
面１１ａに、当該ビームスプリッタを高透過させるべき
波長（ω波）を反射するコーティング膜Ｆａを形成する
とともに、この他方の面１１ａの反射率が、高透過させ
るべき波長の光（ω波）が平行平面板１１１側から、一
方の面１１ｂに入射したときの反射率と略等しい値に設
定して、これら２つのコーティング膜Ｆｂ，Ｆａを形成
した平行平面板１１１が、高透過させるべき波長（ω
波）に対してエタロンとして機能するように構成するこ
とで、ある波長（２ω波）に対して高い反射率で、か
つ、素子全体として、高透過させるべき波長（ω波）に
対して非常に高い透過率を実現している。

【００１１】そのコーティングの具体的な手法を以下に
説明する。エタロンに対する一般的なコーティング設計
法は、平行平面板の２面に同じコーティングを施すもの
である。しかし、本発明のビームスプリッタの場合、エ
タロンとしての効果が、２ω波まで及ぶことは避けなけ
ればならない。

【００１２】そこで、本発明では、一般的なエタロンの
設計法を拡張し、平行平面板１１１の一方の面１１ｂに
ついては、２ω波に対して高い反射率を得ると同時に、
ω波の領域で製造誤差に関わらず、指定の反射率を安定
に実現するようなコーティング膜を設計し、もう一方の
１１ａ面には、１１ｂ面のω波に対する反射率と同じ反
射率をω波の領域で達成し、２ω波に対しては、さほど
高くない反射率となるようなコーティング膜を設計する
という手法を用いる。

【００１３】このようは手法によると、従来のビームス
プリッタの設計法に対して、 (1) 平行平面板１１１の１１ｂ面のコーティングを設計
する場合の制約条件が緩和され、良質なコーティングを
設計できる。

【００１４】(2) ２面間の反射率の差が、２％程度まで
なら、それによる透過ロスは、０．５％程度ですみ、高
いピーク透過率が得られる可能性が高い。という利点が
ある。

【００１５】ここで、以上のようなコーティング法を採
用しても、１１ｂ面のコーティング設計に依然として制
約が残り、ひいては第２の共振器の効率を低下させる、
という問題が残る。

【００１６】そのような問題を解消するには、１１ｂ面
に純粋に２ω波に対して高い反射率を実現するだけのコ
ーティング膜を形成すればよいが、この場合、一般には
ω波に対する反射率は、製造誤差内で大きく変わる可能
性がある。

【００１７】この対策として、本発明においては、実際
にコーティングした後に１１ｂ面のω波に対する反射率
を実測して、その反射率を安定に達成できるコーティン
グ膜を設計し、その膜を１１ａ面に形成するというコー
ティング法を採用する。

【００１８】なお、この手法において、実際に測定・設
計する時間は、現在の技術力からすれば２時間もかから
ずに可能であり、十分に実用化できる。また、このよう
なコーティング法では、先の手法に比して、１１ａ面の
コーティング膜のω波に対する反射率の設定が簡単にな
り、ピーク透過率も高くなるという利点がある。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明のビームスプリッタ
の実施の形態の構成図である。平行平面板（石英製）１
１１の両面は研磨されており、その一方の面（光入射側
の面）１１ｂには、後述するリング共振器型第４高調波
発生装置の第２高調波（２ω波）に対して選択的に高い
反射率を示すコーティング膜Ｆｂが形成されている。ま
た、平行平面板１１１の他方の面１１ａには、当該ビー
ムスプリッタを高透過させるべき波長つまり第４高調波
発生装置の基本波（ω波）を反射するコーティング膜Ｆ
ａが形成されている。

【００２０】そして、この実施の形態においては、高透
過させるべき基本波（ω波）が、平行平面板１１１側か
ら一方の面１１ｂに入射したときの反射率を測定し、こ
の測定反射率に基づいて、他方の面１１ａのコーティン
グ膜Ｆａの基本波（ω波）に対する反射率が、面１１ｂ
側の反射率（実測値）と同じ値となるようにして、これ
ら２つのコーティング膜Ｆｂ，Ｆａを形成した平行平面
板１１１が、高透過させるべき基本波（ω波）に対して
エタロンとして機能するように構成したところに特徴が
ある。

【００２１】次に、以上の構造のビームスプリッタを、
リング共振器型第４高調波発生装置に適用した例を図２
に示す。この図２において、半導体レーザ１からの出力
光は、コリメータレンズ２ａ及びフォーカスレンズ２ｂ
を介してレーザ媒質４に照射される。レーザ媒質４とフ
ォーカスレンズ２ｂとの間には、半導体レーザ１の出力
波長を透過し、かつ、レーザ媒質４から誘導放出される
基本波及びその第２高調波に対しては高い反射率をもつ
ミラー３が配置されている。またレーザ媒質４に対向し
て第２高調波出力ミラー６が配置されており、この出力
ミラー６を先のミラー３との間で光共振器（第１の共振
器）２１が構成されている。

【００２２】光共振器２１の内部には、波長変換素子５
が収容されており、半導体レーザ１からの出力光でレー
ザ媒質４を励起することによって誘導放出された基本波
が、波長変換素子５に照射されることにより第２高調波
が生成される。

【００２３】そして、この例においては、第２高調波を
発生する光共振器２１のレーザ媒質４と波長変換素子５
との間に、上記した構造のビームスプリッタ１１を、そ
の一方の１１ｂを波長変換素子５側に向け、かつ、基本
波（ω）に対してエタロンとして機能するような角度で
配置して、このビームスプリッタ１１と、３枚の共振器
ミラー９，１０，１２、オプティカルダイオード７及び
第４高調波を発生する波長変換素子８によって第２高調
波のリング共振器（第２の共振器）２２を構成し、第４
高調波（４ω）を発生させるように構成している。

【００２４】なお、図２に示すオプティカルダイオード
７は、リング共振器２２内の光を、一方向（図中矢印の
方向）に規制するための光学素子である。また、リング
共振器２２を構成する共振器ミラー９，１０，１２のう
ち、ミラー９及び１０は、第２高調波と第４高調波の双
方を高効率で反射する。ミラー１２は第２高調波を高効
率で反射し、第４高調波を高効率で透過する第４高調波
出力ミラーである。

【００２５】図３は、図１に示した構造のビームスプリ
ッタを定在波型共振器型第４高調波発生装置に適用した
例を示す図である。この例においては、先の図２に示し
た例と同様に、半導体レーザ１、レンズ２ａ，２ｂ、ミ
ラー３、レーザ媒質４、並びに第２高調波出力ミラー６
を備え、その出力ミラー６と先のミラー３との間で光共
振器（第１の共振器）が構成されている。また、光共振
器の内部には、波長変換素子５が収容されており、半導
体レーザ１からの出力光でレーザ媒質４を励起すること
によって誘導放出された基本波が、波長変換素子５に照
射されることにより第２高調波が生成される。

【００２６】そして、この例では、第２高調波を発生す
る光共振器２１のレーザ媒質４と波長変換素子５との間
に、上記した構造のビームスプリッタ１１を、その一方
の１１ｂを波長変換素子５側に向け、かつ、基本波
（ω）に対してエタロンとして機能するような角度で配
置して、このビームスプリッタ１１と、共振器ミラー２
０及び第４高調波を発生する波長変換素子８によって、
第２高調波の定在波型共振器（第２の共振器）を構成
し、第４高調波（４ω）を発生させるように構成してい
る。

【００２７】なお、以上の２つの例に用いるレーザ媒質
４としては、例えばＮd:ＹＡＧまたはＮd:ＹＶＯ₄など
が挙げられ、Ｎd:ＹＡＧを用いる場合、その固体レーザ
媒質から誘導放出される基本波を第２高調波に変換する
波長変換素子としては、温度に対して安定な非線形光学
結晶、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）またはＢＢＯ（β
−ＢａＢ₂Ｏ₄）などが挙げられる。また固体レーザ媒
質としてＮd:ＹＶＯ₄を用いる場合、基本波を第２高調
波に変換する波長変換素子にはＫＰＴ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ₄）などを用いる。

【００２８】ここで、以上の図２及び図３に示した２つ
例によれば、ビームスプリッタ１１の配置により、第２
高調波発生用の共振器（第１の共振器）内にエタロンが
追加されることになるので、波長選択性及び発振レーザ
のコヒーレンスがともに向上し、また出力が安定しやす
くなるといる利点がある上、第１の共振器及び第２の共
振器のいずれに対しても最小限のロスしか発生せず、高
い出力が期待できる。

【００２９】なお、本発明のビームスプリッタは、上記
したようなを第４高調波発生装置以外のレーザ装置にも
使用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビームス
プリッタによれば、平行平面板の一方の面に、ある波長
に対して高い反射率を示すコーティング膜を形成し、そ
の平行平面板の他方の面に、高透過させるべき波長を反
射するコーティング膜を形成するとともに、この他方の
面の反射率が、一方の面の反射率と略等しい値に設定し
てエタロンを構成し、そのエタロン効果により、高透過
させるべき波長に対して非常に高い透過率を実現してい
るので、光損失が少なくて済み、波長選択性も高くな
る。

【００３１】従って、本発明のビームスプリッタは、例
えば第４高調波発生装置等のレーザ共振器用のミラーに
有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構造を模式的に示す図

【図２】本発明のビームスプリッタをリング共振器型第
４高調波発生装置に適用した例を示す図

【図３】本発明のビームスプリッタを定在波型共振器型
第４高調波発生装置に適用した例を示す図

【符号の説明】

１半導体レーザ３ミラー４レーザ媒質５波長変換素子（第２高調波発生用）６第２高調波出力ミラー７オプティカルダイオード８波長変換素子（第４高調波発生用）９，１０共振器ミラー１１ビームスプリッタ１２共振器ミラー（第４高調波出力用）２１光共振器２２リング共振器１１１平行平面板Ｆａ，Ｆｂコーティング膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２波長の光の分離に用いるビームスプリ
ッタであって、透明材料製の平行平面板の一方の面に、
ある波長帯域に対して選択的に高い反射率を示すコーテ
ィング膜が形成され、その平行平面板の他方の面に、当
該ビームスプリッタを高透過させるべき波長を反射する
コーティング膜が形成されているとともに、この他方の
面の反射率が、高透過させるべき波長の光が平行平面板
側から一方の面に入射したときの反射率と略等しい値に
設定され、これら２つのコーティング膜を形成した平行
平面板が、高透過させるべき波長に対してエタロンとし
て機能するように構成されていることを特徴とするビー
ムスプリッタ。