JP5267247B2 - Optical element for small laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型レーザ用光学素子に関し、さらに詳しくは、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element for a small laser, and more particularly to an optical element for a small laser that can obtain an ellipticity mode close to a desired value.
レーザ結晶と波長変換結晶とを貼り合わせた構造の小型レーザ用光学素子が知られている(特許文献1参照。)。 An optical element for a small laser having a structure in which a laser crystal and a wavelength conversion crystal are bonded together is known (see Patent Document 1).
従来の小型レーザ用光学素子では、モードが楕円になる傾向があった。つまり、モードの楕円率が1よりずっと小さくなる傾向があった。
しかし、一般的には、モードが円に近いことが望まれる。
そこで、本発明の目的は、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子を提供することにある。
In a conventional small laser optical element, the mode tends to be elliptical. That is, the ellipticity of the mode tended to be much smaller than 1.
However, in general, it is desired that the mode is close to a circle.
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical element for a small laser that can obtain an ellipticity mode close to a desired value.
第1の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)の放熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第1の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向の放熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、放熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
In a first aspect, the present invention is an optical element for a small laser including a component (1) serving as an end face of an optical resonator, and is orthogonal to the optical axis (y) of the component (1) serving as an end face of an optical resonator. In addition, there is provided a compact laser optical element characterized in that heat radiation characteristics in two directions (x, z) orthogonal to each other are made different.
In the optical element for a small laser according to the first aspect, since the heat radiation characteristics in two directions orthogonal to the optical axis of the component serving as the end face of the optical resonator and different from each other are made different, anisotropy occurs in the thermal lens effect. The ellipticity of the mode changes due to the anisotropy of the thermal lens effect. Therefore, if the anisotropy of the thermal lens effect is controlled by changing the difference in heat dissipation characteristics, a mode with an ellipticity close to a desired value can be obtained.
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)に前記2方向(x,z)のうちの一方向に延びる2本以上の溝(7,8)を形成したことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第2の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向のうちの一方向に延びる2本以上の溝を光共振器端面となる部品に形成するため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、溝の位置や形状を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
In a second aspect, the present invention is an optical element for a small laser according to the first aspect, wherein the component (1) serving as the end face of the optical resonator is placed in one of the two directions (x, z). Provided is a small laser optical element in which two or more extending grooves (7, 8) are formed.
In the optical element for a small laser according to the second aspect, two or more grooves extending in one direction out of two directions orthogonal to the optical axis of the component serving as the optical resonator end surface are defined as the optical resonator end surface. Therefore, anisotropy occurs in the thermal lens effect. The ellipticity of the mode changes due to the anisotropy of the thermal lens effect. Therefore, if the anisotropy of the thermal lens effect is controlled by changing the position and shape of the groove, an ellipticity mode close to a desired value can be obtained.
第3の観点では、本発明は、前記第1の観点による小型レーザ用光学素子であって、前記2方向(x,z)の幅(Wx,Wz)を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第3の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向の幅を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、幅を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
In a third aspect, the present invention provides a compact laser optical element according to the first aspect, wherein the two directions (x, z) have different widths (Wx, Wz). An optical element for a laser is provided.
In the optical element for a small laser according to the third aspect, since the widths in two directions orthogonal to the optical axis of the component serving as the end face of the optical resonator and different from each other are made different, anisotropy occurs in the thermal lens effect. The ellipticity of the mode changes due to the anisotropy of the thermal lens effect. Therefore, if the anisotropy of the thermal lens effect is controlled by changing the width, an ellipticity mode close to a desired value can be obtained.
第4の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンク(11)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)におけるヒートシンク(11)に対する伝熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第4の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向におけるヒートシンクに対する伝熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、伝熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
In a fourth aspect, the present invention is an optical element for a small laser including a component (1) serving as an end face of an optical resonator and a heat sink (11), wherein the optical axis of the component (1) serving as an end face of the optical resonator ( Provided is a small laser optical element characterized by having different heat transfer characteristics for a heat sink (11) in two directions (x, z) orthogonal to y) and orthogonal to each other.
In the optical element for a small laser according to the fourth aspect, the heat transfer effect with respect to the heat sink in two directions orthogonal to the optical axis of the component serving as the end face of the optical resonator and different from each other is made different. Produce. The ellipticity of the mode changes due to the anisotropy of the thermal lens effect. Therefore, if the anisotropy of the thermal lens effect is controlled by changing the difference in heat transfer characteristics, a mode with an ellipticity close to a desired value can be obtained.
第5の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンクを含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)のうちの一方向にのみヒートシンク(12)を設けたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第5の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向のうちの一方向にのみヒートシンクを設けたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、ヒートシンクを変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
In a fifth aspect, the present invention is an optical element for a small laser including a component (1) serving as an end face of an optical resonator and a heat sink, the optical axis (y) of the component (1) serving as an end face of the optical resonator. Provided is a small laser optical element characterized in that a heat sink (12) is provided only in one of two directions (x, z) orthogonal to each other.
In the optical element for a small laser according to the fifth aspect, since the heat sink is provided only in one of the two directions orthogonal to the optical axis of the component serving as the end face of the optical resonator and anisotropic to the thermal lens effect, Produces sex. The ellipticity of the mode changes due to the anisotropy of the thermal lens effect. Therefore, if the anisotropy of the thermal lens effect is controlled by changing the heat sink, an ellipticity mode close to a desired value can be obtained.
本発明の小型レーザ用光学素子によれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。 According to the small laser optical element of the present invention, an ellipticity mode close to a desired value can be obtained.
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
−実施例1−
図1は、実施例1に係る小型レーザ用光学素子101を示す斜視図である。
この小型レーザ用光学素子101は、半導体レーザからの励起レーザ光により励起されて基本波レーザ光を出すレーザ結晶1と、基本波レーザ光の高調波である波長変換レーザ光を出す波長変換結晶2と、波長変換結晶2をサンドイッチ状に挟むダミー材3,4とを接着剤で接合した構造である。
基本波用高反射膜5,6が形成された両端面は、光共振器端面になっている。
Example 1
FIG. 1 is a perspective view illustrating a small laser optical element 101 according to the first embodiment.
The small laser optical element 101 includes a
Both end faces on which the fundamental wave
レーザ結晶1には、光軸(y軸)に直交し且つ互いに直交する2方向(x方向,z方向)のうちの一方向(ここではx方向)に延びる2本の溝7,8が形成されている。
The
レーザ結晶1は、Nd:YVO4であり、レーザダイオードなどで光励起されることにより波長1.064μmの基本波レーザ光を出す。
レーザ結晶1のy軸方向の幅は0.5mm、x方向の幅は1mm、z方向の幅は1mmである。
The
The width of the
波長変換結晶2は、MgOドープ低比組成タンタル酸リチウムであり、波長0.532μmの波長変換レーザ光を出す。
波長変換結晶2のy軸方向の幅は1mm、x方向の幅は0.4mm、z方向の幅は1mmである。
The
The width of the
ダミー材7,8は、セラミクスである。
ダミー材7,8のx方向の幅は0.3mmである。
The
The width in the x direction of the
溝7,8の幅は0.1mm、深さは0.3mmである。溝7,8の間隔は0.5mmである。
The width of the
図2に示すように、小型レーザ用光学素子101は、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を接着材10で固着して使用される。
レーザ結晶1のc軸がx方向であり、a軸がz方向およびy軸方向である場合、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
As shown in FIG. 2, the small laser optical element 101 is used by fixing a heat sink 11 having no difference in shape in the x direction and the z direction with an adhesive 10.
When the c axis of the
一方、図3に示すように、レーザ結晶1のc軸がx方向であり、a軸がz方向およびy軸方向であり、溝7,8を形成しない場合、一般的にはニアフィールドパターンNはx方向に長い楕円形になる。つまり、モードの楕円率が1よりずっと小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, when the c axis of the
図3に示すようにニアフィールドパターンNが楕円形になるのは、元々の熱レンズ効果の異方性によるためである。この元々の熱レンズ効果の異方性を相殺するように溝7,8による熱レンズ効果の異方性が作用するため、図2に示すようにニアフィールドパターンNが円形になる。
The reason why the near field pattern N is elliptical as shown in FIG. 3 is because of the anisotropy of the original thermal lens effect. Since the anisotropy of the thermal lens effect by the
−製造例−
特許文献1に開示の製造方法で溝7,8を形成しない小型レーザ用光学素子を製造し、ファーフィールドパターンの楕円率が1.2以上のものを19個選んだ。次に、選んだ19個の小型レーザ用光学素子にダイシング装置で溝7,8を形成した。
これら溝7,8を形成した小型レーザ用光学素子10のファーフィールドパターンNを測定したところ、11個の楕円率が1.2より小さくなった。
-Production example-
A small laser optical element that does not form the
When the far-field pattern N of the small laser
−シミュレーション−
計算によるシミュレーションを行ったところ、溝7,8の延びる方向の熱レンズ効果が強まり、溝7,8に直交する方向の熱レンズ効果が弱まる結果が得られた。つまり、溝7,8を形成すると、溝7,8のないときのニアフィールドパターンNが溝7,8の延びる方向には縮まり、溝7,8に直交する方向には伸びることになる。従って、溝7,8の延びる方向に溝7,8のないときのニアフィールドパターンNが長い楕円形であるとき、溝7,8を形成することによりニアフィールドパターンNが円形に近くなる。
-Simulation-
When a simulation was performed by calculation, the thermal lens effect in the extending direction of the
−実施例2−
図4に示す小型レーザ用光学素子102は、実施例1の溝7,8の深さを最大化したものである。
実施例2のニアフィールドパターンNも、図2に示すように円形に近くなる。
-Example 2-
The
The near field pattern N of the second embodiment is also close to a circle as shown in FIG.
−実施例3−
図5に示す小型レーザ用光学素子103は、実施例1の溝7,8の幅を最大化したものである。
図6に示すように、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
Example 3
The
As shown in FIG. 6, generally, the near field pattern N is close to a circle. That is, the ellipticity of the mode is close to 1.
−実施例4−
図7に示す小型レーザ用光学素子104は、実施例3の溝7,8の深さを最大化したものである。
レーザ結晶1のx方向の幅Wxは1mm,z方向の幅Wzは0.5mmである。
図8に示すように、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
Example 4
The
The width Wx in the x direction of the
As shown in FIG. 8, generally, the near field pattern N is nearly circular. That is, the ellipticity of the mode is close to 1.
−実施例5−
図9に示す小型レーザ用光学素子105は、波長変換結晶2のx方向の幅も実施例3のレーザ結晶1のx方向の幅Wxに合わせたものである。
図10に示すように、小型レーザ用光学素子105に、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を、接着材10でx方向およびz方向に固着して使用した場合、接着材10の厚さがx方向とz方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
他方、図11に示すように、小型レーザ用光学素子105に、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を、接着材10でx方向にのみ固着して使用した場合、x方向には接着材10を介して伝熱し、z方向には空隙gが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
-Example 5
In the
As shown in FIG. 10, when the heat sink 11 having no difference in shape in the x direction and the z direction is used in the small laser
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the heat sink 11 having no difference in shape with respect to the x-direction and the z-direction is used for the small laser
−実施例6−
図12に示す小型レーザ用光学素子106は、実施例5の小型レーザ用光学素子105のx方向にのみヒートシンク12,12を取り付けたものである。
x方向には接着材10を介してヒートシンク12に伝熱し放熱されるが、z方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
-Example 6
The small laser
In the x direction, heat is transferred to the
−実施例7−
図13に示す小型レーザ用光学素子107は、実施例1の小型レーザ用光学素子101において、溝7,8を設ける代わりに、レーザ結晶1との間の隙間がx方向についてよりもz方向についての方が大きくなるヒートシンク13を、接着材10でx方向およびz方向に固着したものである。
接着材10の厚さがx方向とz方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
-Example 7-
In the small laser
Since the thickness of the adhesive 10 is different between the x direction and the z direction, the near field pattern N is generally close to a circle. That is, the ellipticity of the mode is close to 1.
−実施例8−
図14に示す小型レーザ用光学素子108は、実施例7の小型レーザ用光学素子107において、ヒートシンク13を、接着材10でx方向にのみ固着して使用したものである。
x方向には接着材10を介して伝熱し、z方向には空隙gが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
-Example 8-
The small laser
Since heat is transferred through the adhesive 10 in the x direction and the gap g does not transfer in the z direction, the near field pattern N is generally close to a circle. That is, the ellipticity of the mode is close to 1.
−実施例9−
図15に示す小型レーザ用光学素子109は、実施例1の小型レーザ用光学素子101において、溝7,8を設ける代わりに、x方向にのみヒートシンク12,12を取り付けたものである。
x方向には接着材10を介してヒートシンク12に伝熱し放熱されるが、z方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
-Example 9-
A small laser
In the x direction, heat is transferred to the
本発明の小型レーザ用光学素子は、例えばSHG波長変換技術を用いた半導体励起固体レーザ等に利用できる。 The optical element for a small laser of the present invention can be used for, for example, a semiconductor excitation solid-state laser using an SHG wavelength conversion technique.
1 レーザ結晶
2 波長変換結晶
3,4 ダミー材
5,6 基本波用高反射膜
7,8 溝
10,20 小型レーザ用光学素子
N ニアフィールドパターン
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