半導体レーザ励起固体レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置
【課題】大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出射する。
【解決手段】励起用の半導体レーザからの励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備える。これにより、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。
【解決手段】励起用の半導体レーザからの励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備える。これにより、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置に係り、さらに詳しくは、半導体レーザによって励起される固体レーザ結晶を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置、該半導体レーザ励起固体レーザ装置を備える光走査装置、画像形成装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を利用した装置として、レーザプリンタやレーザ計測器などが実用化されている。また、将来の実用化を目指し、レーザディスプレイ等も開発、検討が進められている。これらのレーザ光を利用した装置では、レーザ光源の小型化や、レーザ光の高品質化に対する要求が高まっている。
【０００３】
ところで、いわゆる固体レーザに関係する種々の考案がなされている（例えば、特許文献１〜特許文献１１参照）。
【０００４】
特許文献１にはドープ部と非ドープ部とを備えるレーザ媒質を用いた固体レーザ発振装置が開示されている。また、特許文献２には利得媒質と励起光導波素子とを有するレーザ装置が、特許文献３にはレーザ媒質と導波光学系とを有するレーザ装置がそれぞれ開示されている。
【０００５】
特許文献４にはコア部とクラッド部とを備えている酸化物単結晶体を製造する方法が開示され、特許文献５には酸化物光学単結晶からなるファイバーとこのファイバーの外表面を覆う酸化物光学単結晶の液相エピタキシャル層とを備えているファイバー状酸化物光学単結晶が開示されている。特許文献６には励起面となる端面から冷却面となる端面に向かってレーザ活性イオンのドープ濃度分布が連続的又は段階的に増加している固体レーザ結晶が開示されている。
【０００６】
特許文献７にはレーザ発振可能な領域を含む透明性結晶体と、該透明性結晶体に接合されている第二結晶体を有し、前記透明性結晶体及び第二結晶体の少なくとも一方が多結晶である複合レーザ素子が開示されている。また、特許文献８には活性元素を含まない多結晶質透明セラミックと、活性元素をドープした多結晶質透明セラミックとを結合した多結晶質セラミック複合レーザ媒質を有する固体レーザ発振器が開示されている。
【０００７】
特許文献９〜特許文献１１及び非特許文献１には、いわゆる二重ダイＥＦＧ(Ｅｄｇｅ-ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ-ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ)法で作製された組成又は成分の異なる部分を単一の結晶内に持つ複合単結晶が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第３５０３５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６４７９号公報
【特許文献３】特開２００４−１５２８１７号公報
【特許文献４】特許第３７５９８０７号公報
【特許文献５】特開平８−２７８４１９号公報
【特許文献６】特許第３２６６０７１号公報
【特許文献７】特開２００５−３２７９９７号公報
【特許文献８】特開２００２−５７３８８号公報
【特許文献９】特開平６−１２８０８９号公報
【特許文献１０】特開平６−１２８０７６号公報
【特許文献１１】特開平６−１２８０７８号公報
【非特許文献１】Ｐ．Ｒｕｄｏｌｐｈ、Ｋ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａ ａｎｄ Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ、「Ｔｈｅ Ｒａｄｉａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｃｏｒｅ−ｄｏｐｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｏｄｓ Ｇｒｏｗｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｅ ＥＦＧ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｖｏｌ．２９、１９９４、Ｎｏ．６、ｐ８０１〜ｐ８０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のレーザ光源では、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を得るのは困難であった。
【００１０】
本発明はかかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することができる半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第２の目的は、被走査面上を精度良く走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第３の目的は、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第４の目的は、表示品質に優れた情報の表示ができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の観点からすると、少なくとも１つの励起用の半導体レーザと；前記少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心：希土類や遷移金属イオンなど）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する前記添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含む少なくとも１つのレーザ光発生装置と；を備える半導体レーザ励起固体レーザ装置である。
【００１５】
これによれば、少なくとも１つのレーザ光発生装置は、少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心：希土類や遷移金属イオンなど）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含んでいるため、固体レーザ結晶では所望の吸収量分布を容易に得ることができる。そして、励起用のレーザ光を整形する必要もない。従って、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することが可能となる。
【００１６】
本発明は、第２の観点からすると、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、前記光ビームを出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１７】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、被走査面上を精度良く走査することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第３の観点からすると、レーザ光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、前記レーザ光を出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【００１９】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、高品質な画像を形成することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第４の観点からすると、レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、前記レーザ光を出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置である。
【００２１】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、表示品質に優れた情報の表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
《半導体レーザ励起固体レーザ装置》
『第１の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第１の実施形態を図１（Ａ）〜図７に基づいて説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）には、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００の概略構成が示されている。本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。
【００２３】
この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、いわゆる側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）と、２つの光学系（２０ａ、２０ｂ）と、固体レーザ結晶１０と、出力ミラー４０と、ヒートシンク３０とを備えている。
【００２４】
２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）は、いずれもヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上で、互いにＹ軸方向に対向して配置され、いずれも出力４０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光する。ここでは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａは＋Ｙ方向に励起用レーザ光を発光し、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂは−Ｙ方向に励起用レーザ光を発光するものとする。
【００２５】
２つの光学系（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも複数のレンズ素子の組合せで構成されており、それぞれヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上に配置され、固体レーザ結晶１０の入射面で１００μｍ（固体レーザ結晶１０の厚み方向：Ｚ軸方向）×１０００μｍ（Ｘ軸方向）の大きさの光スポットを形成することができる。ここでは、光学系２０ａは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａの＋Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤａからの励起用レーザ光を集光する。また、光学系２０ｂは、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂの−Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂからの励起用レーザ光を集光する。
【００２６】
固体レーザ結晶１０は、ヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上であって、光学系２０ａの＋Ｙ側であり、かつ光学系２０ｂの−Ｙ側に配置されている。
【００２７】
固体レーザ結晶１０は、一例として図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、ディスク状（もしくはチップ状）のガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶であり、各半導体レーザアレイ素子からの励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されている。
【００２８】
Ｎｄの濃度プロファイルは、一例として図２（Ａ）に示されるように、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関して、濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状となっている。そして、以下では、レーザ発振に寄与する部分を「コア部１０ａ」といい、レーザ発振にほとんど寄与しない部分を「クラッド部１０ｂ」ということとする。すなわち、固体レーザ結晶１０は、一体で形成されているコア部１０ａとクラッド部１０ｂとから構成されている。
【００２９】
ここでは、一例として、コア部１０ａは固体レーザ結晶１０の中央に位置する直径Ｄａの円形状の部分であり、クラッド部１０ｂはコア部１０ａを取り囲むドーナツ状の部分である。
【００３０】
コア部１０ａにおけるＮｄの濃度は、一例として図２（Ａ）に示されるように、コア部１０ａの中心近傍で最も高く、クラッド部１０ｂに向かって徐々に低下している。一例として、コア部１０ａの中心近傍におけるＮｄの濃度は約０．５ａｔ．％である。そして、Ｎｄの濃度プロファイルは、ガウス分布形状に類似した形状となっている。
【００３１】
ここでは一例として、固体レーザ結晶１０は、前記二重ダイＥＦＧ法やμＰＤ法などで作製されたロッド状の単結晶（柱状結晶）をスライスしたものであり、厚さｔが０．５ｍｍ、直径Ｄｂが５ｍｍ、前記直径Ｄａが１ｍｍである。そして、固体レーザ結晶１０は、励起されると、直線偏波のレーザ光を発光するように設定されている結晶である。
【００３２】
また、図３に示されるように、固体レーザ結晶１０におけるヒートシンク３０側の面（ここでは−Ｚ側の面、以下、便宜上「Ａ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図３に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ａ面に対向する面（ここでは＋Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｂ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。
【００３３】
なお、Ａ面のコーティング表面には、更に金属（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）層が形成されており、ヒートシンク３０上に形成されたＡｕＳｎ合金層と接合されている。
【００３４】
出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０の＋Ｚ側に配置されている。この出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率は５％である。
【００３５】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって共振器（図３参照）が形成されている。
【００３６】
ここでは、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０の−Ｚ側の面との距離は１００ｍｍとしている。また、固体レーザ結晶１０内でのレーザ光のビーム径は半径０．５ｍｍである。
【００３７】
なお、出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０と一体化された、いわゆるマイクロチップ構成であっても良い。
【００３８】
次に、上記のように構成される半導体レーザ励起固体レーザ装置１００の動作について簡単に説明する。
【００３９】
半導体レーザアレイ素子ＬＤａから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ａを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。また、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ｂを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。
【００４０】
固体レーザ結晶１０中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器（図３参照）により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、出力ミラー４０を透過した波長１０６３ｎｍのレーザ光が出力される。
【００４１】
以上説明したように、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）からの各励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、一例として図４及び図５に示されるように、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。これにより、出力されるレーザ光（以下、便宜上「出力レーザ光」と略述する）では、良好なガウシアン分布を持つ横モードが実現できる。
【００４２】
ところで、側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、コア部におけるＮｄの濃度が均一な固体レーザ結晶、すなわち、Ｎｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状が急激に増加する形状である固体レーザ結晶を使用した場合には、一例として図６及び図７に示されるように、側面から入射された励起用レーザ光が、コア部とクラッド部との境界近傍で強く（急激に）吸収され、良好なビーム品質の出力レーザ光を得るのは困難である。そこで、この場合には、ビーム品質を補正するための補正機構を備えることが考えられるが、補正機構を備えると、大型化及び高コスト化を招くこととなる。さらに、補正機構の調整も必要になる。
【００４３】
また、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、固体レーザ結晶１０で発生する熱（励起用レーザ光と出力レーザ光のエネルギー差に起因する熱）は、Ａ面を介して直接放熱されるため、固体レーザ結晶１０の温度上昇を抑制することができる。そして、その結果として高出力化が可能となる。
【００４４】
ところで、仮にコア部におけるＮｄの濃度が均一な場合には、固体レーザ結晶内における熱分布は、吸収量分布と同様な分布形状となり、これに起因して屈折率変化（熱レンズ効果）を生じるため、ビーム品質がさらに悪くなる。
【００４５】
しかしながら、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００では、固体レーザ結晶１０におけるＮｄの濃度プロファイルを調整することにより、熱分布形状を最適化することが可能である。従って、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００では、屈折率変化（熱レンズ効果）に対する補正機構を設けなくても、良好なビーム品質の出力レーザ光を得ることが可能となる。
【００４６】
従って、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長１０６３ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態では、出力レーザ光の波長が１０６３ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。前記固体レーザ結晶１０におけるコーティング仕様及び前記出力ミラー４０の光学的特性を選択することにより、例えば、波長が９１２ｎｍの出力レーザ光及び波長が１３４０ｎｍの出力レーザ光を得ることも可能である。
【００４８】
『第２の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第２の実施形態を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に基づいて説明する。図８（Ａ）には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置２００は、上記第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００に対して、前記固体レーザ結晶１０と前記出力ミラー４０との間のレーザ光の光路上に非線形光学結晶５０を配置した点、前記出力ミラー４０の光学的特性が異なる点及び前記固体レーザ結晶１０におけるコーティング仕様が異なる点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第１の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００４９】
非線形光学結晶５０は、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光を、第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に変換する。この非線形光学結晶５０には、一例としてＰＰＭｇＬＮ素子（周期分極反転構造を有し、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３からなる素子）を用いている。この非線形光学結晶５０は、長さ（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の長さ）が５ｍｍ、厚さ（Ｚ軸方向の長さ）が２ｍｍである。そして、共振器内部のレーザ光の偏光方向と擬似位相整合条件が合う方向に非線形光学結晶５０の結晶軸が配置されている。非線形光学結晶５０の両端面には、図８（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光及び第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。なお、以下では、便宜上、非線形光学結晶５０の−Ｚ側の面をＣ面、＋Ｚ側の面をＤ面ともいう。
【００５０】
固体レーザ結晶１０におけるヒートシンク３０と接合した面（Ａ面）には、図８（Ｂ）に示されるように、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図８（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ａ面に対向する面（Ｂ面）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％、波長５３１．５ｎｍの光に対する反射率が９９％となるように、コーティングが施されている。これにより、共振器内部で発生した第二高調波が固体レーザ結晶１０内に入射するのを抑制することができる。
【００５１】
出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％、波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９％である。
【００５２】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって共振器（図８（Ｂ）参照）が形成されている。
【００５３】
次に、半導体レーザ励起固体レーザ装置２００の動作について簡単に説明する。
【００５４】
半導体レーザアレイ素子ＬＤａから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ａを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。また、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ｂを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。
【００５５】
固体レーザ結晶１０中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器（図８（Ｂ）参照）により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光は、共振器内部に閉じこもることになる。ここでは、共振器内部に非線形光学素子５０が配置されているため、閉じ込められた基本波が波長変換を受け、第二高調波が発生し、第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光が取り出され、出力ミラー４０を透過して出力される。
【００５６】
以上説明したように、本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）からの各励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。これにより、固体レーザ結晶１０からのレーザ光では、良好なガウシアン分布を持つ横モードが実現できる。すなわち、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射する。
【００５７】
ところで、非線形光学素子における第二高調波の出力は入射光の光強度（パワー）の二乗に比例することが知られている。すなわち、ビーム品質に比例して出力が増加する。
【００５８】
本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、良好なビーム品質で、高出力のレーザ光を非線形光学素子５０に入射させることができるため、非線形光学素子５０での変換効率が向上する。
【００５９】
従って、本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００６０】
なお、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００では、非線形光学素子５０の長さが５ｍｍ、厚さが２ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光が第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に所望の変換効率で変換されれば良い。
【００６１】
『第３の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第３の実施形態を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に基づいて説明する。図９（Ａ）には、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置３００は、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００に対して、前記非線形光学結晶５０を前記出力ミラー４０の＋Ｚ側に配置した点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第２の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第２の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第２の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００６２】
非線形光学結晶５０は、出力ミラー４０を透過したレーザ光の光路上に配置されている。この非線形光学結晶５０の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は一例として１０ｍｍである。上記第２の実施形態のように非線形光学結晶５０が共振器内に配置されているときには、光強度が高いので、厚さが短くても良いが、本第３の実施形態のように非線形光学結晶５０が共振器外に配置されているときには、レーザ光が非線形光学結晶５０中を一回伝播するだけで波長変換を行うため、第２の実施形態と同等の変換効率とするには厚さを厚くする必要がある。
【００６３】
本第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００６４】
なお、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００では、非線形光学素子５０の長さが５ｍｍ、厚さが１０ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光が第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に所望の変換効率で変換されれば良い。
【００６５】
また、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００において、前記出力ミラー４０と前記非線形光学結晶５０との間に、さらにレンズを配置しても良い。これにより、非線形光学結晶５０に入射する基本波を絞り込むことができ、基本波のビーム強度がさらに向上し、その結果、非線形光学結晶５０での変換効率をさらに向上させることが可能となる。
【００６６】
『第４の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第４の実施形態を図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に基づいて説明する。図１０（Ａ）には、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置４００は、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００に対して、前記非線形光学結晶５０のＤ面におけるコーティング仕様を変更し、前記出力ミラー４０を不要とした点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第２の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第２の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第２の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００６７】
非線形光学結晶５０のＤ面には、図１０（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％、第二高調波である５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９．５％となるように、コーティングが施されている。また、非線形光学結晶５０のＣ面には、図１０（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光及び第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。
【００６８】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と前記非線形光学結晶５０のＤ面とによって共振器（図１０（Ｂ）参照）が形成されている。
【００６９】
固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトは、接触のみか、光耐性の強い接着剤を用いて固定されている。なお、固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトが、コーティングをしないオプティカルコンタクトであっても良い。
【００７０】
以上説明したように、本第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００７１】
また、本第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置２００における前記出力ミラー４０が不要なため、小型化をさらに促進することができる。
【００７２】
『第５の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第５の実施形態を図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に基づいて説明する。図１１（Ａ）には、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置５００は、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００に対して、前記固体レーザ結晶１０及び前記非線形光学結晶５０におけるコーティング仕様を変更し、前記出力ミラー４０を不要とした点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第３の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第３の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第３の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００７３】
固体レーザ結晶１０のＡ面には、図１１（Ｂ）に示されるように、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１１（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が５％となるように、コーティングが施されている。
【００７４】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面とＢ面とによって共振器（図１１（Ｂ）参照）が形成されている。
【００７５】
非線形光学結晶５０の両端面には、第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。
【００７６】
固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトは、接触のみか、光耐性の強い接着剤を用いて固定されている。なお、固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトが、コーティングをしないオプティカルコンタクトであっても良い。
【００７７】
以上説明したように、本第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００７８】
また、本第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置３００における前記出力ミラー４０が不要なため、小型化をさらに促進することができる。
【００７９】
なお、上記第２〜第５の各実施形態では、出力レーザ光の波長が５３１．５ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。前記非線形光学結晶５０における分極反転ピッチ及び各コーティング仕様などを選択することにより、例えば、波長が６７０ｎｍの出力レーザ光や波長が４５６ｎｍの出力レーザ光を得ることも可能である。
【００８０】
『第６の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第６の実施形態を図１２〜図１５（Ｂ）に基づいて説明する。図１２には、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置６００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置６００は、波長が６７０ｎｍの赤色レーザ光を出力する第１の固体レーザ装置６００Ｒと、波長が４５６ｎｍの青色レーザ光を出力する第２の固体レーザ装置６００Ｂと、波長が５３１．５ｎｍの緑色レーザ光を出力する第３の固体レーザ装置６００Ｇとを有している。
【００８１】
第１の固体レーザ装置６００Ｒは、一例として図１３（Ａ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００に類似した構成である。但し、一例として図１３（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＡ面には、波長１３４０ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１３（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長１３４０ｎｍの光に対する透過率が５％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。固体レーザ結晶１０の材料については、上記第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の場合と同じである。非線形光学結晶５０は、分極反転ピッチを変更したＰＰＭｇＬＮ素子であり、その両端面には波長１３４０ｎｍの光及び波長６７０ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるように、コーティングが施されている。
【００８２】
第２の固体レーザ装置６００Ｂは、一例として図１４（Ａ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００に類似した構成である。但し、一例として図１４（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＡ面には、波長９１２ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１４（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長９１２ｎｍの光に対する透過率が３％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。固体レーザ結晶１０の材料については、第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の場合と同じである。非線形光学結晶５０は、分極反転ピッチを変更したＰＰＭｇＬＮ素子であり、その両端面には波長９１２ｎｍの光及び波長４５６ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるように、コーティングが施されている。
【００８３】
第３の固体レーザ装置６００Ｇは、一例として図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００と同じ構成である。
【００８４】
以上説明したように、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置６００によると、それぞれが固体レーザ結晶１０を有する複数の固体レーザ装置を備えているため、大型化を招くことなく、それぞれが良好なビーム品質でかつ高出力の複数のレーザ光を出力することが可能となる。
【００８５】
なお、上記第６の実施形態において、各固体レーザ装置から出射されるレーザ光の波長が互いに同じであっても良い。
【００８６】
また、上記第６の実施形態では、３個の固体レーザ装置を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。２個あるいは４個以上の固体レーザ装置を備えても良い。
【００８７】
なお、上記第２〜第６の各実施形態では、前記非線形光学結晶５０として、ＰＰＭｇＬＮ素子を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。ＰＰＭｇＬＮ素子と同等の機能を有する非線形光学結晶であれば良い。
【００８８】
『第７の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第７の実施形態を図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に基づいて説明する。図１６（Ａ）には、本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置７００の概略構成が示されている。
【００８９】
この半導体レーザ励起固体レーザ装置７００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用の半導体レーザＬＤと、レンズ素子２０と、前記固体レーザ結晶１０と、出力ミラー４０とを備えている。
【００９０】
半導体レーザＬＤは、シングルストライプ構造の半導体レーザであり、出力２Ｗで波長が８０８ｎｍのレーザ光を発光することができる。ここでは、半導体レーザＬＤは、＋Ｚ方向にレーザ光を発光するものとする。
【００９１】
レンズ素子２０は、半導体レーザＬＤの＋Ｚ側に配置され、半導体レーザＬＤからの励起用レーザ光を集光する。このレンズ素子２０は、ビーム径がφ１ｍｍ程度の大きさとなるように励起用レーザ光を集光することができる。
【００９２】
固体レーザ結晶１０は、レンズ素子２０の＋Ｚ側に配置されている。そして、図１６（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０におけるレンズ素子２０側の面（ここでは−Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｅ面」という）には、波長８０８ｎｍの光に対する透過率が９９．５％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が０．１％となるように、コーティングが施されている。また、図１６（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ｅ面に対向する面（ここでは＋Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｆ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。
【００９３】
出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０の＋Ｚ側に配置されている。この出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、１０６３ｎｍの光に対する透過率は５％である。
【００９４】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０とによって共振器（図１６（Ｂ）参照）が形成されている。
【００９５】
ここでは、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０の−Ｚ側の面との距離は１００ｍｍとしている。また、固体レーザ結晶１０内でのレーザ光のビーム径は半径０．５ｍｍである。
【００９６】
なお、出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０と一体化された、いわゆるマイクロチップ構成であっても良い。
【００９７】
次に、上記のように構成される半導体レーザ励起固体レーザ装置７００の動作について簡単に説明する。
【００９８】
半導体レーザＬＤから出射された波長８０８ｎｍのレーザ光（励起用レーザ光）は、レンズ素子２０を通過後、固体レーザ結晶１０に入射する。固体レーザ結晶１０中のＮｄは、励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、出力ミラー４０を透過した波長１０６３ｎｍのレーザ光が出力される。
【００９９】
ところで、通常、端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置では、励起用レーザ光の集光ビーム形状（スポット形状）が、半導体レーザ励起固体レーザ装置から出力されるレーザ光（出力レーザ光）のビーム品質に大きく影響を及ぼすことが、一般に知られている。
【０１００】
本第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置７００によると、励起用の半導体レーザＬＤからの励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｘ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、励起用レーザ光のスポット形状や光強度分布を整形することなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することができる。従って、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することが可能となる。
【０１０１】
なお、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０としてディスク状（もしくはチップ状）の固体レーザ結晶を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されるように、二重ダイＥＦＧ法やμＰＤ法で作製されたロッド状の結晶の外周をカットして角柱状とした後、スライスすることにより、矩形板状としても良い。さらに、多角形状であっても良い。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０の材料として、ＧｄＶＯ４を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばイットリウムバナデイト（ＹＶＯ４）や他の結晶を用いても良い。
【０１０３】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０における添加物として、Ｎｄを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、その他の希土類及び金属イオンを用いても良い。また、濃度に関しても０．５ａｔ．％に限定するものではない。
【０１０４】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０として、一軸性単結晶を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、二軸性単結晶を用いても良い。
【０１０５】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０の厚さｔが０．５ｍｍ、直径Ｄａが５ｍｍ及びＤｂが１ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要求される出力レーザ光のビーム品質に応じて各寸法を変更しても良い。
【０１０６】
《レーザプリンタ》
図１８には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【０１０７】
このレーザプリンタ１０００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【０１０８】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【０１０９】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１８における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【０１１０】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【０１１１】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム９０１の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。
【０１１２】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。
【０１１３】
現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【０１１４】
給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【０１１５】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【０１１６】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【０１１７】
除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。
【０１１８】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【０１１９】
《光走査装置》
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図１９を用いて説明する。
【０１２０】
この光走査装置９００は、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光源１１、カップリングレンズ１２、変調器１７、シリンドリカルレンズ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、トロイダルレンズ１６及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。
【０１２１】
前記カップリングレンズ１２は、光源１１から出射された光ビームを略平行光に整形する。
【０１２２】
前記変調器１７は、カップリングレンズ１２を透過した光ビームをオンオフする。
【０１２３】
前記シリンドリカルレンズ１３は、変調器１７を透過した光ビームをポリゴンミラー１４の反射面に集光する。
【０１２４】
前記ポリゴンミラー１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１９に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源１１から出射され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー１４の回転により一定の角速度で偏向される。
【０１２５】
前記ｆθレンズ１５は、ポリゴンミラー１４からの光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１４により一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。
【０１２６】
前記トロイダルレンズ１６は、ｆθレンズ１５を透過した光ビームを感光体ドラム９０１の表面上に結像する。
【０１２７】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源１１は前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含んでいるため、感光体ドラム９０１の表面上を精度良く走査することが可能となる。
【０１２８】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光走査装置９００を備えているため、高品質な画像を形成することが可能となる。
【０１２９】
なお、上記実施形態に係る光走査装置９００において、前記光源１１は複数の前記レーザ装置を含んでいても良い。この場合には、同時に複数の走査を行うことができ、その結果、レーザプリンタ１０００では高速に画像を形成することができる。
【０１３０】
また、上記実施形態において、前記ポリゴンミラー１４に代えてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いても良い。この場合には、ＭＥＭＳミラーの偏向角度を制御することにより、光ビームの偏向方向を制御することとなる。
【０１３１】
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を有する画像形成装置であれば、高品質な画像を安定して形成することが可能となる。
【０１３２】
また、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含み、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
【０１３３】
《表示装置》
図２０には、本発明の一実施形態に係る表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置２０００の概略構成が示されている。
【０１３４】
このレーザ・ディスプレイ装置２０００は、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光源１０１と、光源１０１からのレーザ光をスクリーン１０４に向けて照射するためのミラーを含む光学系１０３と、前記光源１０１及び前記光学系１０３を制御する制御装置１０５とを備えている。
【０１３５】
このように、本実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置２０００は、レーザ光の光源として、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を用いているため、スクリーン１０４上に絵や文字を高品質に描くことが可能となる。
【０１３６】
なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源１０１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、表現効果を向上させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面上を精度良く走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質な画像を形成するのに適している。また、本発明の表示装置によれば、表示品質に優れた情報の表示に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）及び図１（Ｂ）における固体レーザ結晶を説明するための図である。
【図３】図１（Ａ）における共振器を説明するための図である。
【図４】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の固体レーザ結晶における吸収係数及び吸収量を説明するための図である。
【図５】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の固体レーザ結晶における吸収量を三次元的に説明するための図である。
【図６】コア部のＮｄ濃度が均一なときの吸収係数及び吸収量を説明するための図である。
【図７】コア部のＮｄ濃度が均一なときの吸収量を三次元的に説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｒを説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｂを説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｇを説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ固体レーザ結晶の変形例を説明するための図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図１９】図１８のレーザプリンタにおける光走査装置の概略構成を説明するための図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…固体レーザ結晶、２０…レンズ素子、２０ａ…光学系、２０ｂ…光学系、４０…出力ミラー、５０…非線形光学結晶、１００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、２００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、３００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、４００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、５００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、６００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、６００Ｒ…第１の固体レーザ装置、６００Ｂ…第２の固体レーザ装置、６００Ｇ…第３の固体レーザ装置、７００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、９００…光走査装置、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、２０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）、ＬＤ…励起用半導体レーザ、ＬＤａ…励起用半導体レーザ、ＬＤｂ…励起用半導体レーザ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置に係り、さらに詳しくは、半導体レーザによって励起される固体レーザ結晶を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置、該半導体レーザ励起固体レーザ装置を備える光走査装置、画像形成装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を利用した装置として、レーザプリンタやレーザ計測器などが実用化されている。また、将来の実用化を目指し、レーザディスプレイ等も開発、検討が進められている。これらのレーザ光を利用した装置では、レーザ光源の小型化や、レーザ光の高品質化に対する要求が高まっている。
【０００３】
ところで、いわゆる固体レーザに関係する種々の考案がなされている（例えば、特許文献１〜特許文献１１参照）。
【０００４】
特許文献１にはドープ部と非ドープ部とを備えるレーザ媒質を用いた固体レーザ発振装置が開示されている。また、特許文献２には利得媒質と励起光導波素子とを有するレーザ装置が、特許文献３にはレーザ媒質と導波光学系とを有するレーザ装置がそれぞれ開示されている。
【０００５】
特許文献４にはコア部とクラッド部とを備えている酸化物単結晶体を製造する方法が開示され、特許文献５には酸化物光学単結晶からなるファイバーとこのファイバーの外表面を覆う酸化物光学単結晶の液相エピタキシャル層とを備えているファイバー状酸化物光学単結晶が開示されている。特許文献６には励起面となる端面から冷却面となる端面に向かってレーザ活性イオンのドープ濃度分布が連続的又は段階的に増加している固体レーザ結晶が開示されている。
【０００６】
特許文献７にはレーザ発振可能な領域を含む透明性結晶体と、該透明性結晶体に接合されている第二結晶体を有し、前記透明性結晶体及び第二結晶体の少なくとも一方が多結晶である複合レーザ素子が開示されている。また、特許文献８には活性元素を含まない多結晶質透明セラミックと、活性元素をドープした多結晶質透明セラミックとを結合した多結晶質セラミック複合レーザ媒質を有する固体レーザ発振器が開示されている。
【０００７】
特許文献９〜特許文献１１及び非特許文献１には、いわゆる二重ダイＥＦＧ(Ｅｄｇｅ-ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ-ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ)法で作製された組成又は成分の異なる部分を単一の結晶内に持つ複合単結晶が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第３５０３５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６４７９号公報
【特許文献３】特開２００４−１５２８１７号公報
【特許文献４】特許第３７５９８０７号公報
【特許文献５】特開平８−２７８４１９号公報
【特許文献６】特許第３２６６０７１号公報
【特許文献７】特開２００５−３２７９９７号公報
【特許文献８】特開２００２−５７３８８号公報
【特許文献９】特開平６−１２８０８９号公報
【特許文献１０】特開平６−１２８０７６号公報
【特許文献１１】特開平６−１２８０７８号公報
【非特許文献１】Ｐ．Ｒｕｄｏｌｐｈ、Ｋ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａ ａｎｄ Ｔ．Ｆｕｋｕｄａ、「Ｔｈｅ Ｒａｄｉａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｃｏｒｅ−ｄｏｐｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｏｄｓ Ｇｒｏｗｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｅ ＥＦＧ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｖｏｌ．２９、１９９４、Ｎｏ．６、ｐ８０１〜ｐ８０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のレーザ光源では、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を得るのは困難であった。
【００１０】
本発明はかかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することができる半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第２の目的は、被走査面上を精度良く走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第３の目的は、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第４の目的は、表示品質に優れた情報の表示ができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の観点からすると、少なくとも１つの励起用の半導体レーザと；前記少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心：希土類や遷移金属イオンなど）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する前記添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含む少なくとも１つのレーザ光発生装置と；を備える半導体レーザ励起固体レーザ装置である。
【００１５】
これによれば、少なくとも１つのレーザ光発生装置は、少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心：希土類や遷移金属イオンなど）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含んでいるため、固体レーザ結晶では所望の吸収量分布を容易に得ることができる。そして、励起用のレーザ光を整形する必要もない。従って、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することが可能となる。
【００１６】
本発明は、第２の観点からすると、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、前記光ビームを出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする光走査装置である。
【００１７】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、被走査面上を精度良く走査することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第３の観点からすると、レーザ光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、前記レーザ光を出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【００１９】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、高品質な画像を形成することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第４の観点からすると、レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、前記レーザ光を出力する少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置である。
【００２１】
これによれば、少なくとも１つの本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えているため、結果として、表示品質に優れた情報の表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
《半導体レーザ励起固体レーザ装置》
『第１の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第１の実施形態を図１（Ａ）〜図７に基づいて説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）には、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００の概略構成が示されている。本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。
【００２３】
この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、いわゆる側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）と、２つの光学系（２０ａ、２０ｂ）と、固体レーザ結晶１０と、出力ミラー４０と、ヒートシンク３０とを備えている。
【００２４】
２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）は、いずれもヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上で、互いにＹ軸方向に対向して配置され、いずれも出力４０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光する。ここでは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａは＋Ｙ方向に励起用レーザ光を発光し、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂは−Ｙ方向に励起用レーザ光を発光するものとする。
【００２５】
２つの光学系（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも複数のレンズ素子の組合せで構成されており、それぞれヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上に配置され、固体レーザ結晶１０の入射面で１００μｍ（固体レーザ結晶１０の厚み方向：Ｚ軸方向）×１０００μｍ（Ｘ軸方向）の大きさの光スポットを形成することができる。ここでは、光学系２０ａは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａの＋Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤａからの励起用レーザ光を集光する。また、光学系２０ｂは、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂの−Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂからの励起用レーザ光を集光する。
【００２６】
固体レーザ結晶１０は、ヒートシンク３０の＋Ｚ側の面上であって、光学系２０ａの＋Ｙ側であり、かつ光学系２０ｂの−Ｙ側に配置されている。
【００２７】
固体レーザ結晶１０は、一例として図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、ディスク状（もしくはチップ状）のガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶であり、各半導体レーザアレイ素子からの励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されている。
【００２８】
Ｎｄの濃度プロファイルは、一例として図２（Ａ）に示されるように、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関して、濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状となっている。そして、以下では、レーザ発振に寄与する部分を「コア部１０ａ」といい、レーザ発振にほとんど寄与しない部分を「クラッド部１０ｂ」ということとする。すなわち、固体レーザ結晶１０は、一体で形成されているコア部１０ａとクラッド部１０ｂとから構成されている。
【００２９】
ここでは、一例として、コア部１０ａは固体レーザ結晶１０の中央に位置する直径Ｄａの円形状の部分であり、クラッド部１０ｂはコア部１０ａを取り囲むドーナツ状の部分である。
【００３０】
コア部１０ａにおけるＮｄの濃度は、一例として図２（Ａ）に示されるように、コア部１０ａの中心近傍で最も高く、クラッド部１０ｂに向かって徐々に低下している。一例として、コア部１０ａの中心近傍におけるＮｄの濃度は約０．５ａｔ．％である。そして、Ｎｄの濃度プロファイルは、ガウス分布形状に類似した形状となっている。
【００３１】
ここでは一例として、固体レーザ結晶１０は、前記二重ダイＥＦＧ法やμＰＤ法などで作製されたロッド状の単結晶（柱状結晶）をスライスしたものであり、厚さｔが０．５ｍｍ、直径Ｄｂが５ｍｍ、前記直径Ｄａが１ｍｍである。そして、固体レーザ結晶１０は、励起されると、直線偏波のレーザ光を発光するように設定されている結晶である。
【００３２】
また、図３に示されるように、固体レーザ結晶１０におけるヒートシンク３０側の面（ここでは−Ｚ側の面、以下、便宜上「Ａ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図３に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ａ面に対向する面（ここでは＋Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｂ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。
【００３３】
なお、Ａ面のコーティング表面には、更に金属（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）層が形成されており、ヒートシンク３０上に形成されたＡｕＳｎ合金層と接合されている。
【００３４】
出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０の＋Ｚ側に配置されている。この出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率は５％である。
【００３５】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって共振器（図３参照）が形成されている。
【００３６】
ここでは、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０の−Ｚ側の面との距離は１００ｍｍとしている。また、固体レーザ結晶１０内でのレーザ光のビーム径は半径０．５ｍｍである。
【００３７】
なお、出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０と一体化された、いわゆるマイクロチップ構成であっても良い。
【００３８】
次に、上記のように構成される半導体レーザ励起固体レーザ装置１００の動作について簡単に説明する。
【００３９】
半導体レーザアレイ素子ＬＤａから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ａを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。また、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ｂを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。
【００４０】
固体レーザ結晶１０中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器（図３参照）により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、出力ミラー４０を透過した波長１０６３ｎｍのレーザ光が出力される。
【００４１】
以上説明したように、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）からの各励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、一例として図４及び図５に示されるように、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。これにより、出力されるレーザ光（以下、便宜上「出力レーザ光」と略述する）では、良好なガウシアン分布を持つ横モードが実現できる。
【００４２】
ところで、側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、コア部におけるＮｄの濃度が均一な固体レーザ結晶、すなわち、Ｎｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状が急激に増加する形状である固体レーザ結晶を使用した場合には、一例として図６及び図７に示されるように、側面から入射された励起用レーザ光が、コア部とクラッド部との境界近傍で強く（急激に）吸収され、良好なビーム品質の出力レーザ光を得るのは困難である。そこで、この場合には、ビーム品質を補正するための補正機構を備えることが考えられるが、補正機構を備えると、大型化及び高コスト化を招くこととなる。さらに、補正機構の調整も必要になる。
【００４３】
また、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、固体レーザ結晶１０で発生する熱（励起用レーザ光と出力レーザ光のエネルギー差に起因する熱）は、Ａ面を介して直接放熱されるため、固体レーザ結晶１０の温度上昇を抑制することができる。そして、その結果として高出力化が可能となる。
【００４４】
ところで、仮にコア部におけるＮｄの濃度が均一な場合には、固体レーザ結晶内における熱分布は、吸収量分布と同様な分布形状となり、これに起因して屈折率変化（熱レンズ効果）を生じるため、ビーム品質がさらに悪くなる。
【００４５】
しかしながら、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００では、固体レーザ結晶１０におけるＮｄの濃度プロファイルを調整することにより、熱分布形状を最適化することが可能である。従って、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００では、屈折率変化（熱レンズ効果）に対する補正機構を設けなくても、良好なビーム品質の出力レーザ光を得ることが可能となる。
【００４６】
従って、本第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長１０６３ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態では、出力レーザ光の波長が１０６３ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。前記固体レーザ結晶１０におけるコーティング仕様及び前記出力ミラー４０の光学的特性を選択することにより、例えば、波長が９１２ｎｍの出力レーザ光及び波長が１３４０ｎｍの出力レーザ光を得ることも可能である。
【００４８】
『第２の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第２の実施形態を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に基づいて説明する。図８（Ａ）には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置２００は、上記第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００に対して、前記固体レーザ結晶１０と前記出力ミラー４０との間のレーザ光の光路上に非線形光学結晶５０を配置した点、前記出力ミラー４０の光学的特性が異なる点及び前記固体レーザ結晶１０におけるコーティング仕様が異なる点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第１の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００４９】
非線形光学結晶５０は、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光を、第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に変換する。この非線形光学結晶５０には、一例としてＰＰＭｇＬＮ素子（周期分極反転構造を有し、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３からなる素子）を用いている。この非線形光学結晶５０は、長さ（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の長さ）が５ｍｍ、厚さ（Ｚ軸方向の長さ）が２ｍｍである。そして、共振器内部のレーザ光の偏光方向と擬似位相整合条件が合う方向に非線形光学結晶５０の結晶軸が配置されている。非線形光学結晶５０の両端面には、図８（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光及び第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。なお、以下では、便宜上、非線形光学結晶５０の−Ｚ側の面をＣ面、＋Ｚ側の面をＤ面ともいう。
【００５０】
固体レーザ結晶１０におけるヒートシンク３０と接合した面（Ａ面）には、図８（Ｂ）に示されるように、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図８（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ａ面に対向する面（Ｂ面）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％、波長５３１．５ｎｍの光に対する反射率が９９％となるように、コーティングが施されている。これにより、共振器内部で発生した第二高調波が固体レーザ結晶１０内に入射するのを抑制することができる。
【００５１】
出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％、波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９％である。
【００５２】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって共振器（図８（Ｂ）参照）が形成されている。
【００５３】
次に、半導体レーザ励起固体レーザ装置２００の動作について簡単に説明する。
【００５４】
半導体レーザアレイ素子ＬＤａから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ａを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。また、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂから出射された波長８０８ｎｍの励起用レーザ光は、光学系２０ｂを通過後、固体レーザ結晶１０に側面より入射する。
【００５５】
固体レーザ結晶１０中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＡ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器（図８（Ｂ）参照）により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光は、共振器内部に閉じこもることになる。ここでは、共振器内部に非線形光学素子５０が配置されているため、閉じ込められた基本波が波長変換を受け、第二高調波が発生し、第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光が取り出され、出力ミラー４０を透過して出力される。
【００５６】
以上説明したように、本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）からの各励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｚ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、固体レーザ結晶１０では中央にピークを持つ所望の吸収量分布を容易に得ることができる。これにより、固体レーザ結晶１０からのレーザ光では、良好なガウシアン分布を持つ横モードが実現できる。すなわち、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射する。
【００５７】
ところで、非線形光学素子における第二高調波の出力は入射光の光強度（パワー）の二乗に比例することが知られている。すなわち、ビーム品質に比例して出力が増加する。
【００５８】
本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、良好なビーム品質で、高出力のレーザ光を非線形光学素子５０に入射させることができるため、非線形光学素子５０での変換効率が向上する。
【００５９】
従って、本第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によると、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００６０】
なお、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００では、非線形光学素子５０の長さが５ｍｍ、厚さが２ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光が第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に所望の変換効率で変換されれば良い。
【００６１】
『第３の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第３の実施形態を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に基づいて説明する。図９（Ａ）には、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置３００は、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００に対して、前記非線形光学結晶５０を前記出力ミラー４０の＋Ｚ側に配置した点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第２の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第２の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第２の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００６２】
非線形光学結晶５０は、出力ミラー４０を透過したレーザ光の光路上に配置されている。この非線形光学結晶５０の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は一例として１０ｍｍである。上記第２の実施形態のように非線形光学結晶５０が共振器内に配置されているときには、光強度が高いので、厚さが短くても良いが、本第３の実施形態のように非線形光学結晶５０が共振器外に配置されているときには、レーザ光が非線形光学結晶５０中を一回伝播するだけで波長変換を行うため、第２の実施形態と同等の変換効率とするには厚さを厚くする必要がある。
【００６３】
本第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００６４】
なお、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００では、非線形光学素子５０の長さが５ｍｍ、厚さが１０ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、基本波である波長１０６３ｎｍのレーザ光が第二高調波である波長５３１．５ｎｍのレーザ光に所望の変換効率で変換されれば良い。
【００６５】
また、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００において、前記出力ミラー４０と前記非線形光学結晶５０との間に、さらにレンズを配置しても良い。これにより、非線形光学結晶５０に入射する基本波を絞り込むことができ、基本波のビーム強度がさらに向上し、その結果、非線形光学結晶５０での変換効率をさらに向上させることが可能となる。
【００６６】
『第４の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第４の実施形態を図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に基づいて説明する。図１０（Ａ）には、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置４００は、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００に対して、前記非線形光学結晶５０のＤ面におけるコーティング仕様を変更し、前記出力ミラー４０を不要とした点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第２の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第２の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第２の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００６７】
非線形光学結晶５０のＤ面には、図１０（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％、第二高調波である５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９．５％となるように、コーティングが施されている。また、非線形光学結晶５０のＣ面には、図１０（Ｂ）に示されるように、基本波である波長１０６３ｎｍの光及び第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。
【００６８】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面と前記非線形光学結晶５０のＤ面とによって共振器（図１０（Ｂ）参照）が形成されている。
【００６９】
固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトは、接触のみか、光耐性の強い接着剤を用いて固定されている。なお、固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトが、コーティングをしないオプティカルコンタクトであっても良い。
【００７０】
以上説明したように、本第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００７１】
また、本第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置４００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置２００における前記出力ミラー４０が不要なため、小型化をさらに促進することができる。
【００７２】
『第５の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第５の実施形態を図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に基づいて説明する。図１１（Ａ）には、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置５００は、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００に対して、前記固体レーザ結晶１０及び前記非線形光学結晶５０におけるコーティング仕様を変更し、前記出力ミラー４０を不要とした点に特徴を有する。そして、その他の構成については、上記第３の実施形態と同じである。そこで、以下においては、第３の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第３の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【００７３】
固体レーザ結晶１０のＡ面には、図１１（Ｂ）に示されるように、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１１（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が５％となるように、コーティングが施されている。
【００７４】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＡ面とＢ面とによって共振器（図１１（Ｂ）参照）が形成されている。
【００７５】
非線形光学結晶５０の両端面には、第二高調波である波長５３１．５ｎｍの光に対する透過率が９９．５％以上となるようにコーティングが施されている。
【００７６】
固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトは、接触のみか、光耐性の強い接着剤を用いて固定されている。なお、固体レーザ結晶１０と非線形光学結晶５０とのコンタクトが、コーティングをしないオプティカルコンタクトであっても良い。
【００７７】
以上説明したように、本第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００によると、高出力でビーム品質の良好な波長１０６３ｎｍのレーザ光が非線形光学素子５０に入射するため、上記第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００と同様に、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光（波長５３１．５ｎｍ）を高出力で出力することが可能となる。
【００７８】
また、本第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置３００における前記出力ミラー４０が不要なため、小型化をさらに促進することができる。
【００７９】
なお、上記第２〜第５の各実施形態では、出力レーザ光の波長が５３１．５ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。前記非線形光学結晶５０における分極反転ピッチ及び各コーティング仕様などを選択することにより、例えば、波長が６７０ｎｍの出力レーザ光や波長が４５６ｎｍの出力レーザ光を得ることも可能である。
【００８０】
『第６の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第６の実施形態を図１２〜図１５（Ｂ）に基づいて説明する。図１２には、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置６００の概略構成が示されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置６００は、波長が６７０ｎｍの赤色レーザ光を出力する第１の固体レーザ装置６００Ｒと、波長が４５６ｎｍの青色レーザ光を出力する第２の固体レーザ装置６００Ｂと、波長が５３１．５ｎｍの緑色レーザ光を出力する第３の固体レーザ装置６００Ｇとを有している。
【００８１】
第１の固体レーザ装置６００Ｒは、一例として図１３（Ａ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００に類似した構成である。但し、一例として図１３（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＡ面には、波長１３４０ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１３（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長１３４０ｎｍの光に対する透過率が５％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。固体レーザ結晶１０の材料については、上記第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の場合と同じである。非線形光学結晶５０は、分極反転ピッチを変更したＰＰＭｇＬＮ素子であり、その両端面には波長１３４０ｎｍの光及び波長６７０ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるように、コーティングが施されている。
【００８２】
第２の固体レーザ装置６００Ｂは、一例として図１４（Ａ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００に類似した構成である。但し、一例として図１４（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＡ面には、波長９１２ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、図１４（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０のＢ面には、波長９１２ｎｍの光に対する透過率が３％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。固体レーザ結晶１０の材料については、第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００の場合と同じである。非線形光学結晶５０は、分極反転ピッチを変更したＰＰＭｇＬＮ素子であり、その両端面には波長９１２ｎｍの光及び波長４５６ｎｍの光に対する透過率がいずれも９９．５％以上となるように、コーティングが施されている。
【００８３】
第３の固体レーザ装置６００Ｇは、一例として図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、前述した第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置５００と同じ構成である。
【００８４】
以上説明したように、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置６００によると、それぞれが固体レーザ結晶１０を有する複数の固体レーザ装置を備えているため、大型化を招くことなく、それぞれが良好なビーム品質でかつ高出力の複数のレーザ光を出力することが可能となる。
【００８５】
なお、上記第６の実施形態において、各固体レーザ装置から出射されるレーザ光の波長が互いに同じであっても良い。
【００８６】
また、上記第６の実施形態では、３個の固体レーザ装置を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。２個あるいは４個以上の固体レーザ装置を備えても良い。
【００８７】
なお、上記第２〜第６の各実施形態では、前記非線形光学結晶５０として、ＰＰＭｇＬＮ素子を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。ＰＰＭｇＬＮ素子と同等の機能を有する非線形光学結晶であれば良い。
【００８８】
『第７の実施形態』
以下、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第７の実施形態を図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に基づいて説明する。図１６（Ａ）には、本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置７００の概略構成が示されている。
【００８９】
この半導体レーザ励起固体レーザ装置７００は、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、励起用の半導体レーザＬＤと、レンズ素子２０と、前記固体レーザ結晶１０と、出力ミラー４０とを備えている。
【００９０】
半導体レーザＬＤは、シングルストライプ構造の半導体レーザであり、出力２Ｗで波長が８０８ｎｍのレーザ光を発光することができる。ここでは、半導体レーザＬＤは、＋Ｚ方向にレーザ光を発光するものとする。
【００９１】
レンズ素子２０は、半導体レーザＬＤの＋Ｚ側に配置され、半導体レーザＬＤからの励起用レーザ光を集光する。このレンズ素子２０は、ビーム径がφ１ｍｍ程度の大きさとなるように励起用レーザ光を集光することができる。
【００９２】
固体レーザ結晶１０は、レンズ素子２０の＋Ｚ側に配置されている。そして、図１６（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０におけるレンズ素子２０側の面（ここでは−Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｅ面」という）には、波長８０８ｎｍの光に対する透過率が９９．５％、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が０．１％となるように、コーティングが施されている。また、図１６（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０における前記Ｅ面に対向する面（ここでは＋Ｚ側の面、以下、便宜上「Ｆ面」という）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。
【００９３】
出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０の＋Ｚ側に配置されている。この出力ミラー４０は、−Ｚ側の面の曲率半径が５０００ｍｍであり、１０６３ｎｍの光に対する透過率は５％である。
【００９４】
すなわち、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０とによって共振器（図１６（Ｂ）参照）が形成されている。
【００９５】
ここでは、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０の−Ｚ側の面との距離は１００ｍｍとしている。また、固体レーザ結晶１０内でのレーザ光のビーム径は半径０．５ｍｍである。
【００９６】
なお、出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０と一体化された、いわゆるマイクロチップ構成であっても良い。
【００９７】
次に、上記のように構成される半導体レーザ励起固体レーザ装置７００の動作について簡単に説明する。
【００９８】
半導体レーザＬＤから出射された波長８０８ｎｍのレーザ光（励起用レーザ光）は、レンズ素子２０を通過後、固体レーザ結晶１０に入射する。固体レーザ結晶１０中のＮｄは、励起用レーザ光により励起され、固体レーザ結晶１０のＥ面と出力ミラー４０とによって形成される共振器により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、出力ミラー４０を透過した波長１０６３ｎｍのレーザ光が出力される。
【００９９】
ところで、通常、端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置では、励起用レーザ光の集光ビーム形状（スポット形状）が、半導体レーザ励起固体レーザ装置から出力されるレーザ光（出力レーザ光）のビーム品質に大きく影響を及ぼすことが、一般に知られている。
【０１００】
本第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置７００によると、励起用の半導体レーザＬＤからの励起用レーザ光によって励起されるＮｄが添加され、レーザ発振方向（ここでは、Ｘ軸方向）に垂直な方向に関するＮｄの濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状であるガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）の一軸性単結晶を含む固体レーザ結晶１０を備えているため、励起用レーザ光のスポット形状や光強度分布を整形することなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することができる。従って、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力することが可能となる。
【０１０１】
なお、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０としてディスク状（もしくはチップ状）の固体レーザ結晶を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されるように、二重ダイＥＦＧ法やμＰＤ法で作製されたロッド状の結晶の外周をカットして角柱状とした後、スライスすることにより、矩形板状としても良い。さらに、多角形状であっても良い。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０の材料として、ＧｄＶＯ４を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばイットリウムバナデイト（ＹＶＯ４）や他の結晶を用いても良い。
【０１０３】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０における添加物として、Ｎｄを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、その他の希土類及び金属イオンを用いても良い。また、濃度に関しても０．５ａｔ．％に限定するものではない。
【０１０４】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０として、一軸性単結晶を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、二軸性単結晶を用いても良い。
【０１０５】
また、上記各実施形態では、前記固体レーザ結晶１０の厚さｔが０．５ｍｍ、直径Ｄａが５ｍｍ及びＤｂが１ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要求される出力レーザ光のビーム品質に応じて各寸法を変更しても良い。
【０１０６】
《レーザプリンタ》
図１８には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
【０１０７】
このレーザプリンタ１０００は、光走査装置９００、感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【０１０８】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１、除電ユニット９１４及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→除電ユニット９１４→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【０１０９】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１８における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【０１１０】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【０１１１】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム９０１の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。
【０１１２】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。
【０１１３】
現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【０１１４】
給紙トレイ９０６には記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【０１１５】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【０１１６】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【０１１７】
除電ユニット９１４は、感光体ドラム９０１の表面を除電する。
【０１１８】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【０１１９】
《光走査装置》
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図１９を用いて説明する。
【０１２０】
この光走査装置９００は、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光源１１、カップリングレンズ１２、変調器１７、シリンドリカルレンズ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、トロイダルレンズ１６及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。
【０１２１】
前記カップリングレンズ１２は、光源１１から出射された光ビームを略平行光に整形する。
【０１２２】
前記変調器１７は、カップリングレンズ１２を透過した光ビームをオンオフする。
【０１２３】
前記シリンドリカルレンズ１３は、変調器１７を透過した光ビームをポリゴンミラー１４の反射面に集光する。
【０１２４】
前記ポリゴンミラー１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図１９に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源１１から出射され、シリンドリカルレンズ１３によってポリゴンミラー１４の偏向面に集光された光ビームは、ポリゴンミラー１４の回転により一定の角速度で偏向される。
【０１２５】
前記ｆθレンズ１５は、ポリゴンミラー１４からの光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１４により一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、主走査方向に対して等速移動させる。
【０１２６】
前記トロイダルレンズ１６は、ｆθレンズ１５を透過した光ビームを感光体ドラム９０１の表面上に結像する。
【０１２７】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源１１は前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含んでいるため、感光体ドラム９０１の表面上を精度良く走査することが可能となる。
【０１２８】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光走査装置９００を備えているため、高品質な画像を形成することが可能となる。
【０１２９】
なお、上記実施形態に係る光走査装置９００において、前記光源１１は複数の前記レーザ装置を含んでいても良い。この場合には、同時に複数の走査を行うことができ、その結果、レーザプリンタ１０００では高速に画像を形成することができる。
【０１３０】
また、上記実施形態において、前記ポリゴンミラー１４に代えてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いても良い。この場合には、ＭＥＭＳミラーの偏向角度を制御することにより、光ビームの偏向方向を制御することとなる。
【０１３１】
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜５００、７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を有する画像形成装置であれば、高品質な画像を安定して形成することが可能となる。
【０１３２】
また、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含み、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
【０１３３】
《表示装置》
図２０には、本発明の一実施形態に係る表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置２０００の概略構成が示されている。
【０１３４】
このレーザ・ディスプレイ装置２０００は、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を含む光源１０１と、光源１０１からのレーザ光をスクリーン１０４に向けて照射するためのミラーを含む光学系１０３と、前記光源１０１及び前記光学系１０３を制御する制御装置１０５とを備えている。
【０１３５】
このように、本実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置２０００は、レーザ光の光源として、前記半導体レーザ励起固体レーザ装置１００〜７００のうちのいずれかの半導体レーザ励起固体レーザ装置と同等のレーザ装置を用いているため、スクリーン１０４上に絵や文字を高品質に描くことが可能となる。
【０１３６】
なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源１０１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、表現効果を向上させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、大型化を招くことなく、良好なビーム品質のレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面上を精度良く走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質な画像を形成するのに適している。また、本発明の表示装置によれば、表示品質に優れた情報の表示に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）及び図１（Ｂ）における固体レーザ結晶を説明するための図である。
【図３】図１（Ａ）における共振器を説明するための図である。
【図４】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の固体レーザ結晶における吸収係数及び吸収量を説明するための図である。
【図５】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の固体レーザ結晶における吸収量を三次元的に説明するための図である。
【図６】コア部のＮｄ濃度が均一なときの吸収係数及び吸収量を説明するための図である。
【図７】コア部のＮｄ濃度が均一なときの吸収量を三次元的に説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｒを説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｂを説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ図１２における固体レーザ装置６００Ｇを説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ固体レーザ結晶の変形例を説明するための図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図１９】図１８のレーザプリンタにおける光走査装置の概略構成を説明するための図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…固体レーザ結晶、２０…レンズ素子、２０ａ…光学系、２０ｂ…光学系、４０…出力ミラー、５０…非線形光学結晶、１００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、２００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、３００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、４００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、５００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、６００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、６００Ｒ…第１の固体レーザ装置、６００Ｂ…第２の固体レーザ装置、６００Ｇ…第３の固体レーザ装置、７００…半導体レーザ励起固体レーザ装置、９００…光走査装置、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、２０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）、ＬＤ…励起用半導体レーザ、ＬＤａ…励起用半導体レーザ、ＬＤｂ…励起用半導体レーザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの励起用の半導体レーザと；
前記少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する前記添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含む少なくとも１つのレーザ光発生装置と；を備える半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
前記濃度プロファイルは、前記単結晶の中央部近傍で濃度が高く、前記中央部近傍から離れるにつれて徐々に濃度が低くなる濃度プロファイルであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
前記単結晶は、一軸性及び二軸性のいずれかの単結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
前記単結晶は、レーザ発振方向を厚さ方向とする板状の単結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
前記励起用のレーザ光は、前記単結晶の側面を介して前記添加物を励起することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
前記励起用のレーザ光は、前記単結晶の一側の板面を介して前記添加物を励起することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶とともに共振器を構成するミラー素子を有し、
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶と前記ミラー素子との間におけるレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶とともに共振器を構成するミラー素子を有し、
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記ミラー素子を透過したレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶を透過したレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置から出力されるレーザ光は、直線偏波のレーザ光であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ光発生装置を複数備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記複数のレーザ光発生装置は、互いに異なる波長のレーザ光を出力することを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１３】
光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、
前記光ビームを出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
レーザ光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記レーザ光を出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、
前記レーザ光を出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
少なくとも１つの励起用の半導体レーザと；
前記少なくとも１つの励起用の半導体レーザからの励起用のレーザ光によって励起される添加物（発光中心）が添加され、レーザ発振方向に垂直な方向に関する前記添加物の濃度プロファイルにおける濃度０近傍からの立ち上がり形状がゆるやかに増加するスロープ状である単結晶の固体レーザ結晶を含む少なくとも１つのレーザ光発生装置と；を備える半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
前記濃度プロファイルは、前記単結晶の中央部近傍で濃度が高く、前記中央部近傍から離れるにつれて徐々に濃度が低くなる濃度プロファイルであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
前記単結晶は、一軸性及び二軸性のいずれかの単結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
前記単結晶は、レーザ発振方向を厚さ方向とする板状の単結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
前記励起用のレーザ光は、前記単結晶の側面を介して前記添加物を励起することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
前記励起用のレーザ光は、前記単結晶の一側の板面を介して前記添加物を励起することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶とともに共振器を構成するミラー素子を有し、
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶と前記ミラー素子との間におけるレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶とともに共振器を構成するミラー素子を有し、
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記ミラー素子を透過したレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置は、前記固体レーザ結晶を透過したレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の波長を変換する非線形結晶を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのレーザ光発生装置から出力されるレーザ光は、直線偏波のレーザ光であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ光発生装置を複数備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記複数のレーザ光発生装置は、互いに異なる波長のレーザ光を出力することを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１３】
光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置において、
前記光ビームを出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
レーザ光を用いて物体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記レーザ光を出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、
前記レーザ光を出力する少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置。
【図４】
【図６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−１０６０３（Ｐ２００８−１０６０３Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８８８４（Ｐ２００６−１７８８８４）
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 カラーリライタブルプリンタ用高効率小型可視光光源”Ｔｒｉ Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ”の研究開発、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【出願人】（５０３０９８７２４）株式会社オキサイド (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 カラーリライタブルプリンタ用高効率小型可視光光源”Ｔｒｉ Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ”の研究開発、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【出願人】（５０３０９８７２４）株式会社オキサイド (22)
【Ｆターム（参考）】
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