以下に添付図面を参照して、この発明に� ��かる波長変換レーザ装置の好適な実施の形� ��を詳細に説明する。なお、これらの実施の� ��態によりこの発明が限定されるものではな� ��。また、以下の実施の形態で用いられる波� ��変換レーザ装置の斜視図は模式的なもので� ��り、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの� ��率などは現実のものとは異なる。

実施の形態1.
 図1は、この発明にかかる波長変換レーザ装 置の実施の形態1の構成を模式的に示す斜視� �である。この図1に示されるRの方向がレーザ 光の発振方向を示す光軸であるとする。この 波長変換レーザ装置10は、励起光源としての� ��導体レーザ11と、半導体レーザ11から出力さ れるレーザ光を励起光として基本波となるレ ーザ光の増幅とともに発振を行う固体レーザ 素子12と、固体レーザ素子12から出力される� �本波のレーザ光を1/2の波長の第2高調波に変� ��するとともに複屈折フィルタの機能を有す� ��波長変換-フィルタ素子13と、を備える。

 半導体レーザ11は、固体レーザ素子12を励 起するための励起光を出力する。この半導体 レーザ11のレーザ光の出射側端面111は、固体� ��ーザ素子12のレーザ媒質121の端面123aと対向� ��るように設けられる。ここでは、半導体レ� ��ザ11は、波長808nmのレーザ光を出力する化合 物半導体材料によって構成されるものとする 。

 固体レーザ素子12は、形状的には、平板� �を有し、光軸Rに垂直な端面123a,123bの形状が� ��とえば矩形状からなる。また、固体レーザ� ��子12は、光導波路構造を有し、半導体レー� �11からの励起光を吸収し、反転分布状態を形 成して、誘導放出によって生成されるレーザ 光を光軸Rの方向に伝搬し、端面123bから所定� ��方向に振動する直線偏光を出力する。具体� ��には、励起光を吸収して誘導放出を生じさ� ��る平板状のレーザ媒質121と、このレーザ媒� ��121の上下両面のうち少なくとも一方の面に� ��合したクラッド122と、有する。ここで、レ� ��ザ媒質121は、複屈折材料(好ましくは、光学 的一軸性結晶からなる材料)であり、そのc軸( 結晶軸)は、図中の厚さ方向となるように配� �され、a軸(結晶軸)のうちの1つは、光軸Rと同 一の方向となるように配置され、他の1つは� �光軸Rに垂直な面内となるように配置される� ��このc軸は、その材料内での光波の速さ(屈� �率)が1つしかない方向である光学軸(optic axis )に一致する。

 レーザ光の発振方向は、光軸Rの方向であ り、光軸Rに垂直な面内にレーザ媒質121のa軸� ��c軸が存在するので、レーザ媒質121中を光軸 R方向に進むレーザ光は、振動面がc軸と光軸R の作る平面内に存在するTM(Transverse Magnetic)偏 光(異常光ともいう)と、振動面がc軸と光軸R� �作る平面に垂直でかつ光軸Rを含む平面内に� ��在するTE(Transverse Electric)偏光(通常光ともい う)と、に分かれて進む。複屈折材料の場合� �レーザ媒質121のTM偏光に対する屈折率neと、� ��ーザ媒質121のTE偏光に対する屈折率noとは異 なるので、neとnoの間の範囲に存在する屈折� �ncを有する材料をクラッド122として用いるこ とで、固体レーザ素子12から出力されるレー� ��光を直線偏光とすることができる。

 ここでは、固体レーザ素子12は、半導体レ� �ザ11からの808nmの励起光を吸収し、914nmのレ� �ザ光を出力するNd:YVO ₄ (波長914nmにおける屈折率:ne~2.17、no~1.96)から� �るレーザ媒質121と、このレーザ媒質121の上� �両面のいずれか一方の面上に接合したTa ₂ O ₅ (波長914nmにおける屈折率:nc~2.08)からなるクラ ッド122と、から構成されるものとする。

 このような構造によって、レーザ媒質121� ��生じたクラッド122の屈折率ncよりも小さな� �折率noを感じるTE偏光は、レーザ媒質121とク� ��ッド122との界面で全反射条件を満たさない� ��で、クラッド122に光が漏れ出す放射モード� ��なって大きな損失が発生する。しかし、ク� ��ッド122の屈折率よりも大きな屈折率neをレ� �ザ媒質121中で感じるTM偏光は、レーザ媒質121 とクラッド122との界面で全反射条件を満たし 、レーザ媒質121内に閉じ込められて光導波路 内を光軸R方向に伝搬する。その結果、固体� �ーザ素子12から出力される光は、TMモードの� ��線偏光(基本波)となる。つまり、固体レー� �素子12からは、厚さ方向(c軸方向)に振動する 基本波が出力されることになる。

 波長変換-フィルタ素子13は、平板状を有� ��、光軸Rに垂直な端面133a,133bの形状がたとえ ば矩形状からなり、固体レーザ素子12から出� ��された基本波の一部を1/2の波長の第2高調波 に波長変換するとともに、波長変換-フィル� �素子13内を往復して固体レーザ素子12に入射� ��る残りの基本波に対してフィルタをかける� ��屈折フィルタの機能も有する。このような� ��長変換-フィルタ素子13として、MgO:PPLN(Periodi cally Poled Lithium Niobate)やPPLT(Periodically Poled  Lithium Tantalate)などの周期分極反転構造を有� �る非線形光学材料を用いることができる。� �お、この波長変換-フィルタ素子13も光導波� �構造を有し、非線形光学材料131の上下両面� �たはいずれか一方の面上に、非線形光学材� �131よりも屈折率の小さなクラッド132を接合� �てもよいし、空気をクラッドとする構造で� �よい。

 ここでは、非線形光学材料131として、六方� ��系のMgO:PPLNを使用し、クラッド132として、� �方の面にPPLNのTM偏光とTE偏光に対する屈折率 よりも屈折率の低いTa ₂ O ₅ を使用し、他方の面に同じくSiO ₂ を使用するものとする。これにより、波長変 換-フィルタ素子13の非線形光学材料131に入射 したTM偏光とTE偏光は、全反射条件を満たす� �で、波長変換-フィルタ素子13内を導波路モ� �ドで伝搬する。

 また、波長変換-フィルタ素子13を構成す� ��非線形光学材料(MgO:PPLN)131のc軸(結晶軸であ� ��、光学軸でもある)を、以下では、レーザ媒 質121のc軸と区別するために、z軸と表記する� ��さらに、光軸Rと平行な方向のa軸(結晶軸)を x軸と表記し、これらのz軸とx軸に垂直な方向 をy軸と表記する。

 この実施の形態1では、波長変換-フィル� �素子13に波長変換の機能だけでなく複屈折フ ィルタとしての機能も持たせるために、非線 形光学材料131のz軸(結晶軸、光学軸)をレーザ 媒質121のc軸に対して、光軸Rに垂直な平面内� ��角度θだけ傾けて配置することを特徴とす� �。なお、波長変換-フィルタ素子13は、z軸が� ��ーザ媒質121のc軸に対して傾いた状態で、そ の外形が平板状(直方体状)に切断されている� ��つまり、波長変換-フィルタ素子13の光軸Rに 垂直な方向の辺は、レーザ媒質121の光軸Rと� �行でないa軸とc軸に平行となっており、これ らの辺の方向と、非線形光学材料131のy軸とz� ��の方向とは一致していない。

 以上の構成で、固体レーザ素子12の半導� �レーザ11側の端面123aには、励起光を透過し� �基本波レーザ光を全反射する光学膜が形成� �れ、固体レーザ素子12の波長変換-フィルタ� �子13側の端面123bには、基本波レーザ光を透� �する反射防止膜が形成される。また、波長� �換-フィルタ素子13の固体レーザ素子12側の端 面133aには、基本波レーザ光を透過し、第2高� ��波レーザ光を反射する光学膜が形成され、� ��長変換-フィルタ素子13の第2高調波出射側の 端面133bには、基本波レーザ光を全反射し、� �2高調波レーザ光を透過する光学膜が形成さ� ��る。これらの全反射膜や光学膜は、たとえ� ��誘電体薄膜を積層して構成される。

 以上のように波長変換-フィルタ素子13の� ��線形光学材料131のz軸を光軸Rに垂直な平面� �でレーザ媒質121のc軸に対して角度θ傾ける� �とによって、非線形光学材料131は波長変換-� ��ィルタ素子13としての機能のほかに、複屈� �フィルタとしての機能も有するようになる� �

 つぎに、この波長変換レーザ装置の動作� ��ついて、非線形光学材料131による複屈折フ� ��ルタの機能を中心に説明する。まず、半導� ��レーザ11の端面111から波長808nmの励起光が出 力され、固体レーザ素子12のレーザ媒質121の� ��面123aに入射する。この励起光によって、レ ーザ媒質121では、反転分布状態が形成され、 光軸Rの方向に放出される自然放出光が共振� �るモードに入り、この光は誘導放出による� �幅を受ける。この光は、レーザ媒質121の端� �123aと、波長変換-フィルタ素子13の端面133bと の間(光共振器)で往復するが、この光共振器� ��1周する際の増幅による利得が、光共振器で 1周する際に受ける損失が釣り合うと、波長91 4nmのレーザ光がレーザ発振する。

 なお、レーザ発振したレーザ光のうち、T E偏光は、上述したように、固体レーザ素子12 中では全反射条件を満たさないので、放射モ ードとして損失し、TM偏光のみがレーザ媒質1 21の端面から出力される。つまり、レーザ媒� ��121から出力されるレーザ光は、c軸方向に直 線偏光したTM偏光となる。

 レーザ媒質121から出力されたレーザ光は、c 軸方向の直線偏光で、MgO:PPLN131に入射する。� ��の際、MgO:PPLN131のz軸は、レーザ媒質121であ� ��Nd:YVO ₄ のc軸に対して、光軸Rに垂直な面内で角度θ� �いているため、直線偏光は、z軸方向に振動� ��るTM偏光(異常光)とy軸方向に振動するTE偏光 (通常光)に分離して、異なる屈折率を感じな� ��ら、MgO:PPLN131中を伝搬する。MgO:PPLN131は、波 長変換-フィルタ素子13であるので、基本波の 一部を、基本波の半分の波長457nmの第2高調波 に変換し、端面133bから出力される。また、� �2高調波に変換されなかった基本波は、端面1 33bで全反射され、同じ経路を戻る。

 MgO:PPLN131を往復し、MgO:PPLN131の端面133aから� �過してNd:YVO ₄ 121に戻ってきた基本波のレーザ光は、c軸方� �成分のみが選択されて、Nd:YVO ₄ 121に入射し、a軸方向の成分は損失となる。� �とえば、MgO:PPLN131内では、レーザ光の損失が なく、z軸方向とy軸方向にそれぞれ振動して� ��搬したレーザ光の位相差が0の場合には、MgO :PPLN131の端面133aを出射した光は合成されて元 の直線偏光に戻る。一方、MgO:PPLN131内を往復� ��る間に位相差が発生した場合や伝搬時にそ� ��ぞれの軸方向に異なる損失が発生した場合� ��は、MgO:PPLN131の端面133aから出射した光は、� ��偏光や楕円偏光となる。この場合には、Nd:Y VO ₄ 121で基本波の偏光(c軸方向の偏光)が選択され て、a軸方向に入射した成分が損失となる。

 具体的には、MgO:PPLN131は高次の位相板と� �るため、MgO:PPLN131を往復したz軸方向とy軸方� ��にそれぞれ振動して伝播したレーザ光の位� ��差は、波長によって異なる。このとき、損� ��が最も少なくなる波長の間隔δλは、レーザ 媒質121で出力される基本波の波長をλとし、z 軸方向とy軸方向にそれぞれ振動して伝播す� �レーザ光に対する屈折率差をδnとし、MgO:PPLN 131の光軸R方向の結晶長をLとすると、次式(1)� ��表される。

  δλ=λ ² /2δnL ・・・(1)

 たとえば、結晶長L=4.0mmのMgO:PPLN131におい� ��、基本波のレーザ光の波長λ=914nmとすると� �MgO:PPLN131のδn=ne-no=-0.083452であるので、(1)式� �らδλ=1.25nmが得られる。つまり、損失が最も 少なくなる波長は、1.25nmごとに周期的に現れ る。

 図2は、c軸方向の直線偏光を有するレーザ� �の非線形光学材料を往復したときの電界強� �と軸方位の関係を示す図である。ここでは� �Nd:YVO ₄ 121から出力されたc軸方向に直線偏光してい� �レーザ光の電界E ₀ が、MgO:PPLN131に入射して、1往復して端面から 出力される際の(シングルパスの)電界強度と� ��方位の関係を示している。なお、図中のa軸 とc軸は、レーザ媒質(Nd:YVO ₄ )121の結晶軸の方位を示しており、z軸とy軸は 、非線形光学材料131の結晶軸(c軸)と光軸Rに� �直な平面内のc軸に垂直な軸の方位を示して� ��る。

 MgO:PPLN131に入射するc軸方向に偏光した電界� ��強度はE ₀ であるので、MgO:PPLN131に入射した直後のy軸方 向とz軸方向の電界成分E _y ,E _z は、Nd:YVO ₄ のc軸とMgO:PPLN131のz軸のなす角度(以下、設置� ��度という)をθとすると、それぞれ次式(2)、( 3)で表される。

  E _y =E ₀ cosθ ・・・(2)
  E _z =E ₀ sinθ ・・・(3)

 また、レーザ光のy軸方向とz軸方向のシン� �ルパスでの強度透過率をそれぞれη _y ,η _z とすると、MgO:PPLN131に入射した後一往復して� ��射される際のy軸方向とz軸方向の電界成分E _y ’,E _z ’は、(2)式、(3)式からそれぞれ次式(4)、(5)で 表される。

  E _y ’=η _y E ₀ cosθ ・・・(4)
  E _z ’=η _z E ₀ sinθ ・・・(5)

 損失や屈折率の波長依存性を考慮した詳細� ��偏光特性については、後述するようにJones� �列を用いた計算が必要であるが、損失が最� �(すなわち、位相差が0)または最大(すなわち� ��位相差がπ)となる条件における電界強度は� ��結晶の特性によらず、一意的に表すことが� ��きる。Nd:YVO ₄ 121からMgO:PPLN131を伝搬し、再びNd:YVO ₄ 121に入射するレーザ光の損失が最小(位相差� �0)の場合の電界成分(E _c ’,E _a ’)と、損失が最大(位相差がπ)の場合の電界� ��分(E _c ’,E _a ’)は、(4)式と(5)式から、それぞれ次式(6)、(7 )で表される。

 (6)式の位相差が0の場合においても、(7)式の 位相差がπの場合においても、y軸方向とz軸� �向の強度透過率η _y ,η _z の差が大きく、かつ設置角度θが45度に近い� �ど損失、すなわちNd:YVO ₄ 121のa軸に入射する成分E _z ’が増加することがわかる。図3-1~図3-2は、Mg O:PPLN通過後のレーザ光のc軸方向の偏光度のMg O:PPLN設置角度θ依存性を示す図である。ここ� ��、レーザ光のz軸方向とy軸方向のシングル� �スでの強度透過率をη _z =0.9(つまり、z軸方向におけるシングルパスの 波長変換率を10%と想定している)、η _y =1.0として計算を行った。なお、c軸方向の偏� ��度は、c軸方向とa軸方向の偏光強度の和に� �するc軸方向の偏光強度によって定義される� ��ここで、各軸方向の偏光強度は、その軸方� ��の電界強度の2乗に比例するものである。

 これらの図に示されるように、位相差が0 の場合でも、位相差がπの場合でも、ともにM gO:PPLN131の設置角度θが45度付近で、c軸方向の 偏光度が最小となる。図3-1に示されるように 、MgO:PPLN131の設置角度が10度のとき、c軸方向� ��光度は0.99964であり、MgO:PPLN121の設置角度が4 5度のとき、c軸方向偏光度は0.99724となる。ま た、図3-2に示されるように、位相差がπのと� ��には、設置角度θが45度のときに、c軸方向� �偏光度はほぼ0となる。

 つぎに、レーザ光が複数の材料中を通過� ��る際に損失が発生する場合のレーザ光の偏� ��度の波長依存性について、Jones行列を用い� �求める。MgO:PPLN131のz軸を角度θ傾けたときの Jones行列Jは、角度θの回転行列をR(θ)とし、Mg O:PPLN131のy軸方向のレーザ光とz軸方向のレー� ��光の位相差をα(=2π・δnL/λ)とすると、次式( 8)で表される。

 この(8)式のJones行列Jを用いて、次式(9)に示� ��れるように、非線形光学材料(MgO:PPLN)131を往 復後、Nd:YVO ₄ 121に入射する際の電界成分(E _c ’,E _a ’)が求められる。

 図4-1~図4-4は、MgO:PPLN通過後のレーザ光のa軸 方向とc軸方向の偏光強度およびc軸方向の偏� ��度の波長依存性を示す図である。ここでは� ��レーザ光のz軸方向とy軸方向のシングルパ� �での強度透過率をη _z =0.9(つまり、z軸方向におけるシングルパスの 波長変換率を10%と想定している)、η _y =1.0とし、E _z =1、E _x =0として(9)式を用いて計算を行う。図4-1は、M gO:PPLN131の設置角度が6度のときの図であり、� ��4-2は、MgO:PPLN131の設置角度が16度のときの図 であり、図4-3は、MgO:PPLN131の設置角度が26度� �ときの図であり、図4-4は、MgO:PPLN131の設置角 度が45度のときの図である。

 これらの図のc軸方向偏光度に示されるよ うに、MgO:PPLN131の設置角度θが大きくなるほ� �、(1)式で求められる損失が最も小さくなる� �長と波長との間が、シャープに区切られる� �うになる。これは、設置角度θを大きくする と、a軸方向の偏光強度が、(1)式で求められ� �損失が最も小さくなる波長と波長との間の� �囲で増大し、この部分が固体レーザ素子12に 入射するときに損失となるからである。

 ここで、c軸方向の最大偏光度は、設置角度 が6度、16度、26度、45度のときに、それぞれ0. 9999,0.9991,0.9982,0.9972である。また、Nd:YVO ₄ 121に入射するレーザ光のc軸方向の偏光度が90 %(偏光損失が10%)における波長幅は、設置角度 が16度、26度、45度のとき、それぞれ0.5nm,0.3nm, 0.2nmである。

 図5-1~図5-2は、基本波の波長に対する利得形 状とレーザ媒質利得帯域との間の関係を模式 的に示す図である。複屈折フィルタを通過し た基本波w1が図5-1に示されるような利得形状� ��有する場合には、たとえば、レーザ媒質121� ��利得帯域Gのピークと重なる基本波w1の波長� ��置(以下、ピーク重なり位置という)λ ₁ でレーザ発振した場合に、波長変換-フィル� �素子13で第2高調波が生じることによって、� �のピーク重なり位置λ ₁ で損失が増加する。このとき、ピーク重なり 位置λ ₁ の外側の領域R ₁ でも、基本波w1の利得が複屈折フィルタで発� ��する損失を上回るので、レーザ発振してし� ��い、波長変換帯域T外でのレーザ発振が生じ てしまう。この波長変換帯域T外でレーザ発� �されたレーザ光は、波長変換されないので� �波長変換-フィルタ素子13による波長変換効� �を低下させてしまう。

 これに対して、複屈折フィルタを通過した� ��本波w2が図5-2に示されるような利得形状を� �する場合には、ピーク重なり位置λ ₁ 外の近傍の領域R ₂ では、基本波w2の利得が複屈折フィルタで発� ��する損失を下回っており、基本波w2の発振� �長幅が狭帯域化されている。そのため、ピ� �ク重なり位置λ ₁ でレーザ発振し、波長変換-フィルタ素子13で の波長変換によって第2高調波が生じて、ピ� �ク重なり位置λ ₁ で損失が増加しても、ピーク重なり位置λ ₁ 近傍の基本波w2の利得がレーザ媒質利得帯域G よりも下回る領域R ₂ の波長では、レーザ発振が起こらない。

 つまり、レーザ媒質121の利得帯域Gと波長 変換帯域Tとが重なる領域とその近傍の領域� �はレーザ発振を起こし、その領域外の波長� �はレーザ発振を起こさないような基本波w2の 利得形状となるように、MgO:PPLN131の設置角度� �を求めることが望ましい。より具体的には� �波長変換帯域Tとレーザ媒質利得帯域Gとの交 点の近傍で、基本波w2の利得がレーザ媒質利� ��帯域Gと交わる設置角度θのうち、なるべく� ��さい設置角度θとしたときの基本波w2の形状 とすることが望ましい。なお、このような基 本波の利得形状となる設置角度θは、使用す� ��波長変換-フィルタ素子13の材質や長さによ� ��て異なるので、使用する波長変換-フィルタ 素子13ごとに予め最適と思われる設置角度θ� �求めておく必要がある。以上のようにして� �固体レーザ素子12に入射するレーザ光(基本� �)の狭帯域化を実現することができる。

 なお、図4-1~図4-4では、損失が最小となる ピーク位置が914.5nmとなっており、波長変換� �域幅の中心である914nmからずれている。これ は、波長変換-フィルタ素子13の非線形光学材 料131の光軸R方向の長さを4.0mmとして計算を行 っているためである。基本波の発振波長を914 nmにする場合には、非線形光学材料131の光軸R 方向の長さを変えればよい。また、上述した ように非線形光学材料131の光軸R方向の長さ� �4.0mmとして波長変換レーザ装置10を構成した� ��合には、MgO:PPLN131を通過した基本波のピー� �位置や非線形光学材料131の波長変換帯域の� �置は、温度の変化によって変化するので、� �度調整によって両者のピーク位置を合わせ� �ことができる。

 たとえば、図1に示される波長変換レーザ 装置10は、図示していないが、ヒートシンク� ��に保持され、ヒートシンクに取り付けられ� ��サーミスタや熱電対などの温度を検出する� ��度検出手段と、波長変換レーザ装置10を所� �の温度に加熱または冷却するペルチェ素子� �ヒータなどの加熱・冷却手段と、温度検出� �段で検出されたヒートシンク(波長変換レー� ��装置)の温度が所定の温度となるように加熱 ・冷却手段を制御する温度制御手段と、をさ らに備える構成となっている。

 図6は、非線形光学材料における波長変換 帯域と基本波の温度によるシフトの様子を模 式的に示す図である。ここでは、光軸R方向� �長さが4.0mmであり、非線形光学材料131として MgO:PPLN131を用いる場合を例に挙げる。波長変� ��帯域T(波長変換帯域幅W2)は、温度を上昇さ� �ると、+0.07nm/℃の割合で変化する。一方、MgO :PPLN131を往復する(複屈折フィルタから出力さ れる)基本波w3のピーク位置は、-0.32nm/℃の割� ��で変化する。(1)式で計算したように、損失� ��最低となる波長間隔δλは1.25nmであるので、 1.25/(0.32-0.07)=5℃ごとに波長変換帯域Tのピー� �と、複屈折フィルタによって出力される基� �波w3の利得のピーク波長とが一致する。また 、5℃の温度変化によるMgO:PPLN131の波長変換帯 域Tのシフトは0.35nm(=0.07nm/℃×5℃)であり、レ� ��ザ媒質121の利得帯域Gの発振波長帯域幅W1=約 2nmに比べて小さい。そのため、温度調整によ って、発振波長帯域幅W1内で複屈折フィルタ� ��よって出力される基本波w3の損失が最小と� �るピーク波長と波長変換帯域Tのピークとを� ��致させることが可能となる。なお、レーザ� ��出力中においては、所定の温度となるよう� ��、温度検出手段で検出された温度に基づい� ��、温度制御手段が加熱・冷却手段による加� ��処理または冷却処理を制御する。

 この実施の形態1によれば、波長変換素子 として機能する非線形光学材料131を光学的一 軸性結晶で構成し、その光学軸を光軸Rに垂� �な面内でレーザ媒質121の結晶軸に対して所� �の角度傾けるようにしたので、非線形光学� �料131が複屈折フィルタとしても機能し、非� �形光学材料131を通過して固体レーザ素子12に 入射する基本波の発振波長帯域を制限するこ とができる。その結果、波長変換-フィルタ� �子13による波長変換効率を上げることができ るという効果を有する。また、部品点数を増 やすことなくレーザ光の発振波長帯域を制限 することができるという効果も有する。

実施の形態2.
 図7は、この発明にかかる波長変換レーザ装 置の実施の形態2の構成を模式的に示す斜視� �である。この波長変換レーザ装置10Aは、実� �の形態1の構成において、波長変換-フィルタ 素子13に代えて、z軸(結晶軸、光学軸)を固体� ��ーザ素子12のc軸(偏光方向)に対して傾けず� �配置した非線形光学材料131Aを有する波長変� ��素子13Aとし、固体レーザ素子12と波長変換� �子13Aとの間に複屈折フィルタとして機能す� �1/2波長板14を挿入した構成を有するものであ る。この場合、実施の形態1と同様に、固体� �ーザ素子12に入射する基本波の波長帯域を制 限するためには、1/2波長板14の光学軸pを、固 体レーザ素子12の偏光方向(レーザ媒質121の結 晶軸c)に対して光軸Rに垂直な面内で所定の角 度傾ければよい。ただし、実施の形態1の場� �でMgO:PPLN131を設置角度θだけ傾けた場合と同� ��の効果を得るためには、1/2波長板14をθ/2だ� ��傾ければよい。なお、図7において、実施の 形態1と同一の構成要素には同一の符号を付� �てその説明を省略している。また、この実� �の形態2における波長変換レーザ装置10Aの動� ��は、実施の形態1と同様であるので、その説 明を省略する。

 この実施の形態2によれば、1/2波長板14の� ��学軸pを光軸Rに垂直な面内でレーザ媒質121� �結晶軸cに対して所定の角度傾けるようにし� ��ので、固体レーザ素子12に入射するレーザ� �の基本波の波長帯域を制限することができ� �。その結果、波長変換素子13Aによる波長変� �効率を上げることができるという効果を有� �る。また、部品点数が増えてしまうが、1/2� �長板14は、光軸方向のサイズが数十μmと小さ く、mmオーダの部品を追加する場合に比して� ��部品を追加したことによる波長変換レーザ� ��置10の大きさの増加を抑制することができ� �。

実施の形態3.
 図8は、この発明にかかる波長変換レーザ装 置の実施の形態3の構成を模式的に示す斜視� �である。この波長変換レーザ装置10Bは、実� �の形態1の構成において、波長変換-フィルタ 素子13の第2高調波出力側にさらに1/4波長板15� ��設けた構造を有する。この1/4波長板15は、� �の光学軸rが固体レーザ素子12のc軸(偏光方向 )と同一の方向となるように配置される。た� �し、波長変換-フィルタ素子13の第2高調波側� ��端面133bは、基本波と第2高調波ともに透過� �るように処理され、1/4波長板15の端面151には 、基本波は全反射し、第2高調波は透過する� �学膜が形成される。なお、実施の形態1と同� ��の構成要素には同一の符号を付してその説� ��を省略している。

 図9は、MgO:PPLNと1/4波長板を通過後のレーザ� ��のa軸方向の偏光強度およびc軸方向の偏光� �の波長依存性を示す図である。ここでは、� �4-1~図4-4の場合と同様に、レーザ光のz軸方向 とy軸方向のシングルパスでの強度透過率をη _z =0.9(つまり、z軸方向におけるシングルパスの 波長変換率を10%と想定している)、η _y =1.0とし、MgO:PPLN131の設置角度θ=16度として計� ��を行った。なお、この比較対象として、1/4� ��長板15を設けない場合のMgO:PPLN131通過後のレ ーザ光のa軸方向とc軸方向の偏光強度およびc 軸方向の偏光度の波長依存性を示す図は、図 4-2に示されている。

 この図9に示されるように、1/4波長板15を� ��けた場合には、図4-2の1/4波長板15を設けな� �場合に比して、複屈折フィルタ(波長変換-フ ィルタ素子13)から出力される基本波の波長に 対する利得形状のピークの間隔が倍になると ともに、ピークが平滑化される。そのため、 1/4波長板15を設けることで、波長変換帯域内� ��基本波の発振帯域を広げることができる。

 この実施の形態3によれば、波長変換-フ� �ルタ素子13のz軸(光学軸)を光軸Rに垂直な面� �で、レーザ媒質121のc軸に対して傾けて配置� ��るとともに、波長変換-フィルタ素子13の第2 高調波出力側に1/4波長板15を設けるようにし� ��ので、波長変換-フィルタ素子13から出力さ� ��る基本波のピークを平滑化することができ� ��波長変換帯域内で基本波の波長帯域を広げ� ��ことができるという効果を有する。その結� ��、効率的な波長変換を行うことができる。� ��た、実施の形態2の図7において、波長変換� �子13Aの第2高調波出力側に、同様に1/4波長板� ��設けても同様の効果を得ることができる。

 なお、実施の形態2,3において、実施の形� ��1と同様に、波長変換レーザ装置の温度を制 御することによって、発振波長帯域幅内で複 屈折フィルタによって出力される基本波の損 失が最小となるピーク波長と波長変換帯域の ピークとを一致させてもよい。

 さらに、上述した説明では、固体レーザ� ��子12のレーザ媒質121の光学軸(c軸)を平板状� �レーザ媒質121の厚さ方向に設けた場合を例� �挙げて説明したが、a軸が光軸Rに平行に配置 され、光軸Rに垂直な面内にレーザ媒質121の� �学軸(c軸)が存在すれば、レーザ媒質121の光� �軸(c軸)はどのような方向に設けてもよい。� �お、この場合にも、上述したように波長変� �-フィルタ素子13または波長変換素子13Aの非� �形光学材料131の光学軸(c軸)または1/2波長板� �光学軸pは、レーザ媒質121の光学軸(c軸)に対� ��て所定の角度傾けて配置すればよい。