JP2000208849A

JP2000208849A - 半導体レ―ザ励起固体レ―ザ装置

Info

Publication number: JP2000208849A
Application number: JP577999A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Yoshioka; 善文吉岡; Kimitada Tojo; 公資東條; Tomoshi Iriguchi; 知史入口; Kazuma Watanabe; 一馬渡辺; Yutaka Kobayashi; 裕小林; Katsuto Inagaki; 勝人稲垣
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JP3509598B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エタロンの厚み加工のばらつきに影響されず、
エタロンのピーク透過波長とレーザの出力のピーク発振
波長を安定して一致させることができ、レーザ出力の効
率及び安定度の高い半導体固体レーザ装置を提供する。【解決手段】エタロン用温度制御素子１３でエタロン６
を単独に温度制御することにより、エタロン６のピーク
透過波長の環境温度変化ずれを抑制するとともに、共振
器用温度制御素子１２でＳＨＧ素子５を含め共振器１０
全体を温度制御する。一方、エタロンの制御温度を調節
することにより、レーザ出力のピーク発振波長とピーク
透過波長を一致させることができ、レーザ出力の効率、
安定性及びエタロンの歩留まりを向上させることができ
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、各種計測器、レー
ザプリンタ、医療機器あるいは光造形などの各種分野に
用いられる半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ励起固体レーザ装置には、
次のような構成が一般的に用いられている。光共振器
（以下、共振器と称す）内に置かれた固体レーザ媒質
（例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶等）に、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）から出力されたレーザ光を集光して照射し、その固
体レーザ媒質を励起する。そして、この励起によって発
生した１０６４ｎｍや９４６ｎｍなどの基本波レーザ光
を、非線形光学結晶のＳＨＧ（ＳｅｃｏｎｄＨａｒｍ
ｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子によってその高
調波のレーザ光に変換し出力するとともに、エタロンな
どの波長選択素子で周波数マッチングをとり、出力の安
定化を図っている。このような半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置においては、従来、共振器全体の温度制御機構
を持たず、ＳＨＧ素子のみを温度制御するか、あるいは
共振器全体を温度制御し、エタロンの温度を共振器全体
と同一にする機構が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ励
起固体レーザ装置は上記のように構成されているが、上
記エタロンのピーク透過波長はほとんどエタロンの厚み
で決定されるので、定温でエタロンのピーク透過波長を
９４６ｎｍレーザのピークに合わせようとすると、０．
１μｍ以内の厚み誤差に入れる必要がある。しかし実際
には０．１μｍオーダで加工するのは難しく、また、エ
タロンはその温度によって、ピーク透過波長の位置が変
化する。図２（ａ）に示すように、固体レーザのピーク
発振波長と、エタロンのピーク透過波長が異なっている
場合は、レーザ出力は低くなる。効率的なレーザ出力を
得るためには、図２（ｂ）に示すように固体レーザのピ
ーク発振波長と、エタロンの透過ゲインが最大となるピ
ーク透過波長を一致させる必要がある。従来の構成を用
いて最大効率のレーザ出力を得ようとすれば、それらの
ピークが偶然に一致することに頼らねばならない。その
ため、使用できるエタロンの歩留まりが悪く、生産効率
の低下を招いていた。また、環境温度が変化した場合に
エタロンの温度が変化しやすいことから、ピーク透過波
長に変化を生じ、出力の不安定要因になるという問題が
あった。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、レーザ出力効率が高く、環境温度の変
化に対しても安定な出力が得られる半導体レーザ励起固
体レーザ装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、半導体レーザからの出力光により励起さ
れる固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学結晶
及びエタロンを収容して、前記固体レーザ媒質から誘導
放出される基本波の第２高調波を光共振器内で発振させ
出力ミラーを介して外部に出力するように構成されたレ
ーザ装置において、光共振器全体の温度制御機構と、エ
タロンの温度制御機構を、それぞれ独立して設置したこ
とを特徴とする。

【０００６】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
は上記のように構成されており、エタロンのピーク透過
波長を、レーザ出力のピーク発振波長に安定して合わせ
ることができるため、効率的で、環境温度の変化に対し
て安定した出力が得られるとともに使用するエタロンの
歩留まりを向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置（以下、固体レーザ装置と称す）の一実施例を
図１により説明する。本装置は励起光を出力するための
半導体レーザ１と、励起光を集光するためのコリメータ
レンズ２、フォーカシングレンズ３と、固体レーザ媒質
４、ＳＨＧ素子５、波長選択素子エタロン６及び出力ミ
ラー７からなる共振器１０と、ビームスプリッター８、
フォトダイオード９、ＳＨＧレーザ出力モニタケーブル
１７及びＬＤドライバ１５からなりＳＨＧ波を一定に保
つためのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏ
ｌ）機構１１から構成されている。

【０００８】前記共振器１０内の固体レーザ媒質４には
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、ＳＨＧ素子５にはＫＮｂＯ３の非線
形結晶を用い、固体レーザ媒質４の励起光入射端面４ａ
及び出力ミラー７の凹面には基本波並びにＳＨＧ波に対
して高い反射率をもつ、誘電体多層膜がコーティングさ
れている。

【０００９】また、前記半導体レーザ１には、ペルチェ
素子（ＴＥＣ）のような半導体レーザ用温度制御素子１
ａが一体的に取り付けられており、温度モニタケーブル
２０及びＬＤ用ＴＥＣ駆動ケーブル１９を介し、ＬＤド
ライバ１５により半導体レーザ１の出力波長がＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶の吸収線８０９ｎｍに合うように温度制御され
ている。

【００１０】前記ＳＨＧ素子５に用いられている非線形
結晶ＫＮｂＯ_３は効率よく波長変換が行われる温度許容
幅が狭く、安定した波長変換動作を行うためには動作時
の温度制御を正確に行う必要があり、また周囲環境温度
変化に対して安定したレーザ出力を得るためには、共振
器全体が周囲温度に影響されないように一定温度に保つ
必要がある。このため、ＳＨＧ素子５の近くにサーミス
タ等の感温センサ（図示せず）を配置し、温度モニタケ
ーブル２４を介して共振器温度調節器１６に温度検出信
号を送り、共振器用ＴＥＣ駆動ケーブル２３を介して金
属板１４を共振器温度制御素子１２により温度調節し、
共振器１０全体を一定温度に保持している。

【００１１】一方、前記エタロン６にはペルチェ素子
（ＴＥＣ）のようなエタロン用温度制御素子１３が感温
センサ（図示せず）とともに一体的に取り付けられ、温
度モニタケーブル２１及びエタロン用ＴＥＣ駆動ケーブ
ル２２を介し、共振器温度調節器１６により単独に一定
温度に制御されている。

【００１２】この固体レーザ装置では、半導体レーザ１
から発したレーザ光がコリメータレンズ２によって平行
光線とされた後、フォーカシングレンズ３によって収束
され、固体レーザ媒質４を励起する。この固体レーザ媒
質４は、その励起入射端面４ａと出力ミラー６からなる
共振器１０内に配置されているので、励起されるとレー
ザ発振を起こす。このとき、同様に共振器１０内に配置
された波長選択素子エタロン６により縦モードからシン
グルモード化されるとともに、ＳＨＧ素子５中において
第２高調波が発生し、Ｎｄ：ＹＡＧ９４６ｎｍレーザの
第２高調波である４７３ｎｍのブルーレーザ光を発振さ
せる。これにより波長変換が行われ短波長化したレーザ
光が、出力ミラー６を通過して固体レーザ装置の外部へ
出力される。

【００１３】このブルーレーザ光は、前記ＡＰＣ機構１
１のビームスプリッター８によって、ブルーレーザ出力
光とモニタ光に一定比率で分離され、モニタ光はフォト
ダイオード９に導かれてその強度が検出される。この検
出強度は半導体レーザ１のＬＤドライバ１５にフィード
バックされ、ブルーレーザ出力光はそのＬＤドライバ１
５からの駆動電流によって一定に制御される。

【００１４】次に、エタロン６の温度制御によりピーク
透過波長の位置を調整する方法について説明する。上記
エタロン６には、例えば線膨張係数６．１０×１０^−３
ｍｍ／℃、屈折率温度依存性９．１０×１０^−６／℃、
厚さ０．３５ｍｍのガラス材質が用いられる。このエタ
ロン６の温度を１０℃変化させてその厚みを変えると、
基本波に対してエタロンのピーク透過波長位置を０．１
ｎｍ程度シフトさせることができる。一方、エタロン６
の各ピーク透過波長の位置間隔は０．７ｎｍ程度である
ので、エタロン６の温度を調節することにより、エタロ
ン６のピーク透過波長をレーザ出力のピーク発振波長に
合わせやすくすることができる。

【００１５】前記エタロン６は図１に示すようにエタロ
ン用温度制御素子１３と一体化されており、前記共振器
温度調節器１６内の温度設定値を変え、ブルーレーザ光
強度が最大となるようにピーク透過波長位置をシフトさ
せることにより、レーザ出力のピーク発振波長とエタロ
ンのピーク透過波長を図２のようにマッチングさせるこ
とができる。このように縦モードのレーザ光（基本波）
をシングルモードに変えることにより周波数幅の小さい
安定したブルーレーザ光を得ることができる。

【００１６】本発明は、上記のように共振器１０を共振
器用温度制御素子１２により一定温度で制御しＳＨＧ素
子５の温度特性変化を抑制すると共に、エタロン６をエ
タロン用温度制御素子１３により単独に温度制御し、エ
タロン６を透過するレーザ出力を最大とすることによ
り、レーザ光の周波数幅を制限しブルーレーザ光の出力
変動を安定化させることを特徴としている。

【００１７】本固体レーザ装置は、共振器１０の温度と
は別にエタロンの温度を単独に制御したことにより、環
境温度が変化した場合でもエタロンの温度変化を小さく
することができ、ピーク透過波長の変化が抑制されて、
図２（ｂ）のようにレーザ出力のピーク発振波長とエタ
ロン６のピーク透過波長を安定に一致させることができ
るため、効率の良い出力発振が可能となる。また機械寸
法だけに頼らず温度によりピーク透過波長を調節できる
ためエタロンの歩留まりが改善され、生産効率を向上さ
せることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装
置は上記のように構成されており、エタロンの温度を単
独に制御することで、エタロンのピーク透過波長をレー
ザ出力のピーク発振波長に合わせることができ、効率的
なレーザ出力の発振が可能となる。また使用できるエタ
ロンの歩留まりが改善され、生産効率を上げることが可
能である。さらに、環境温度が変化した場合でも、エタ
ロンの温度変化が小さいため、ピーク透過波長の変化の
影響が抑制されて、出力の安定性の改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構
成図である。

【図２】従来と本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装
置のピーク発振波長とエタロンのピーク透過波長の関係
を示す出力特性図である。

【符号の説明】

１・・・半導体レーザ１ａ・・・ＬＤ用温度制御素子２・・・コリメータレンズ３・・・フォーカシングレンズ４・・・固体レーザ媒質４ａ・・・励起光入射端面５・・・ＳＨＧ素子６・・・エタロン７・・・出力ミラー８・・・ビームスプリッター９・・・フォトダイオード１０・・・共振器１１・・・ＡＰＣ機構１２・・・共振器用温度制御素子１３・・・エタロン用温度制御素子１４・・・金属板１５・・・ＬＤドライバ１６・・・共振器温度調節器１７・・・ＳＨＧレーザ出力モニタケーブル１８・・・ＬＤ駆動ケーブル１９・・・ＬＤ用ＴＥＣ駆動ケーブル２０、２１、２４・・・温度モニタケーブル２２・・・エタロン用ＴＥＣ駆動ケーブル２３・・・共振器用ＴＥＣ駆動ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入口知史京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者渡辺一馬京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者小林裕京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者稲垣勝人京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内Ｆターム(参考） 5F072 AB02 JJ02 JJ05 JJ08 KK04 KK12 KK15 KK26 PP07 QQ02 RR03 TT12 TT14 YY01 YY06 YY11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザからの出力光により励起され
る固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学結晶及
びエタロンを収容して、前記固体レーザ媒質から誘導放
出される基本波の第２高調波を光共振器内で発振させ出
力ミラーを介して外部に出力するように構成されたレー
ザ装置において、光共振器全体の温度制御機構と、エタ
ロンの温度制御機構を、それぞれ独立して設置したこと
を特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。