JPH1075006A

JPH1075006A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH1075006A
Application number: JP23068796A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kitabayashi; 直人北林; Fumio Murakami; 文夫村上
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率で同調範囲が広く、信頼性の高い固体
レーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】固体レーザ結晶ロッド４３の入射側端面
４６と出力鏡４５の反射面４７とは、主共振器を構成す
る。平面基板１１は、主共振器内に挿入配置される。平
面基板の反射面１２は、固体レーザ結晶ロッドの出射側
端面１５に平行に配置され副共振器を構成する。平面基
板の対向平面１３は、反射面１２と平行ではなく、僅か
な傾きを有する。平面基板１１に固定された電歪素子１
４は、副共振器の長さを、出力鏡４５に固定された電歪
素子１６は、主共振器の長さを変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体レーザ装置に関
し、特に副共振器を備えた端面励起型の固体レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ発振では、多くの場合、複数の縦
モードが同時に発振し、そのレーザ発振光が多モードで
ある場合が多い。ところが、レーザ光の利用において
は、雑音が少なく安定なレーザ発振光、即ち、単一縦モ
ードの発振光あるいは単一縦モードに近い発振光が求め
られている。このような、雑音が少なく安定したレーザ
発振光を得るために、レーザの発振モードの制御技術、
即ち、モードの選択技術は重要な技術となっている。

【０００３】従来、固体レーザ装置においては、その発
振モードを選択する手段として、複合共振器が利用され
ている。これは、レーザ発振を目的とするレーザ共振器
（主共振器）のほかに、ソリッドエタロンやエアギャッ
プエタロンといった副共振器を用いる技術である。

【０００４】レーザの発振モードを制御するために、レ
ーザ共振器内にソリッドエタロンとを備えた従来の固体
レーザ装置を図４に、エアギャップエタロンを備えた従
来の固体レーザ装置を図５に、それぞれ示す。

【０００５】図４の固体レーザ装置は、励起用レーザ４
１と、励起用光学系４２と、レーザ結晶ロッド４３と、
ソリッドエタロン４４と、出力鏡４５とを有している。

【０００６】励起用レーザ４１からの励起光は、励起用
光学系４２を通り、レーザ結晶ロッド４３に入射する。
レーザ結晶ロッド４３の入射側端面４６は、励起光に対
して高透過の特性を有するので、励起光はレーザ結晶ロ
ッド４３の内部に侵入して励起を行う。励起されたレー
ザ結晶ロッド４３は、光を放射する。レーザ結晶ロッド
４３から放射された放射光は、結晶の発振可能波長の光
に対して高反射率を有するレーザ結晶ロッド４３の入射
側端面（第１の反射面）４６と出力鏡４５の反射面（第
２の反射面）４７とで形成される主共振器と、ソリッド
エタロン４４の対向する２つの平面４８、４９により形
成された副共振器とによって決まるモードで共振して単
一縦モードのレーザ発振光として出力鏡４５の出射面５
０から出射する。

【０００７】詳述すると、ソリッドエタロン４４は、多
重干渉に利用できる充分に高い面精度と平行度とを有す
る平行平面板であって、その両平面４８、４９を反射鏡
としたものである。このソリッドエタロン４４は、入射
光がその平行平面にほぼ垂直に入射するように、レーザ
共振器（主共振器）の中に挿入される。これにより、主
共振器の中に主共振器の発振モードとは異なる発振モー
ドをもつ副共振器が形成される。そして、レーザ共振器
のモードとソリッドエタロンのモードとの結合の結果、
この固体レーザ装置では、単一縦モードのレーザ発振が
実現される。

【０００８】さらに、ソリッドエタロン４４は、主共振
器の光軸５１に対して僅かな傾き（傾斜角５２）を持た
せせることにより、レーザの発振波長を所望の値に制御
すること（波長同調）を可能にする。即ち、ソリッドエ
タロン４４への光の入射角を変えることで、このエタロ
ン４４のモードの周波数特性をシフトさせ、レーザ発振
波長の同調を可能にする。

【０００９】また、図５の固体レーザ装置は、図４の固
体レーザ装置のソリッドエタロン４４の代わりにエアギ
ャップエタロン５５を有している。この固体レーザ装置
の動作は図４の固体レーザ装置と同様である。

【００１０】エアギャップエタロン５５は、ソリッドエ
タロン４４とは異なり、通常２枚の基板５６、５７で構
成される。各基板５６、５７は、それぞれ高い面精度の
２つの平面を有するが、これらの２つの平面は、必要外
の多重干渉を避けるために平行でない場合が多い。ま
た、各基板５６、５７の一方の平面は反射鏡であり、他
方の平面はさらに必要外の多重干渉を避けるために、使
用する波長に対する減反射のコーティングが施されてい
る。２枚の基板５６、５７は、所定の距離をおいて反射
面が互いに向き合い、かつこれらの反射面が平行になる
ように固定されて、エアギャップエタロン５５を構成す
る。このエアギャップエタロン５５もソリッドエタロン
４４と同様に、入射光が反射面とほぼ垂直になるよう
に、レーザ共振器（主共振器）中に挿入される。そし
て、レーザ共振器のモードとエアギャップエタロン５５
のモードとの結合の結果、単一縦モードのレーザ発振が
実現される。

【００１１】また、エアギャップエタロン５５の場合
は、反射面の間隔を電歪素子５８などを用いて微小に変
化させることによって、エアギャップエタロン５５のモ
ードの周波数特性を変え、波長の同調を可能にしてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
固体レーザ装置では、その発振モードを制御し、さらに
波長の同調を行うために、レーザ共振器の中にソリッド
エタロンを挿入し、それを傾けたり、エアギャップエタ
ロンを挿入して反射面の間隔を変更することが行われ
る。このため、従来の固体レーザ装置には、以下のよう
な問題点がある。

【００１３】即ち、ソリッドエタロンを有する固体レー
ザ装置では、ソリッドエタロンを傾けるに従って、エタ
ロンの透過特性が劣化し、エタロンの透過効率が低下す
る。また、傾斜したエタロンでは、レーザ共振器内の光
路が、エタロン傾斜前の光路と異なってしまう。これら
の結果、レーザ共振器内での損失が増加して、レーザの
出力低下や発振停止などを生じる。これは、本来発振可
能であった波長での発振が不可能になり、同調範囲が狭
くなることをも意味する。また、エタロンの傾斜角が大
きいと、エタロンは、モード選択という本来の機能を果
たせなくなり、単一モードでの発振を維持できなくな
る。

【００１４】また、エアギャップエタロンを有する固体
レーザ装置では、２枚の基板を用いるので、これらを透
過する際の光の減衰や、透過面における光の散乱が、ソ
リッドエタロンに比べ多く（ほぼ倍）なる。また光路の
変化によっても損失が増大する。従って、ソリッドエタ
ロンの場合と同様に、出力低下、発振停止、及び波長同
調範囲の狭小化等を生じる。

【００１５】本発明は、高効率で同調範囲が広く、信頼
性の高い固体レーザ装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の固体レーザ装置
は、励起光を出射する励起用レーザと、前記励起光によ
り励起されレーザ発振する固体レーザ結晶ロッドと、前
記励起光を前記固体レーザ結晶ロッドに入射させる励起
用光学系と、前記固体レーザ結晶ロッドの入射側端面と
共に主共振器を構成する出力鏡とを備えた端面励起型の
固体レーザ装置において、前記固体レーザ結晶ロッドと
前記出力鏡との間に反射面を有する平面基板を配置し、
前記固体レーザ結晶ロッドの出射側端面と前記出力鏡の
うちいずれか一方と、前記反射面とで、副共振器を構成
することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッドの入射側端面を平面に、前記出力鏡
の反射面を凹面にして、前記主共振器を安定共振器にし
たことを特徴とする。

【００１８】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッドの入射側端面を凸面に、前記出力鏡
の反射面を平面にして、前記主共振器を安定共振器にし
たことを特徴とする。

【００１９】また、本発明の固体レーザ装置は、前記平
面基板の反射面が、レーザ発振波長の光に対して所定の
反射率を有することを特徴とする。

【００２０】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッドの出射側端面が、レーザ発振波長の
光に対して所定の反射率を有することを特徴とする。

【００２１】また、本発明の固体レーザ装置は、前記平
面基板が、前記反射面に対向する対向平面を有し、該対
向平面が、レーザ発振波長の光に対して減反射の特性を
有することを特徴とする。

【００２２】また、本発明の固体レーザ装置は、前記平
面基板が、前記反射面に対向する対向平面を有し、前記
反射面と前記対向平面とが互いに傾きを有することを特
徴とする。

【００２３】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッドの出射側端面が、前記主共振器の光
軸に対して傾きを有することを特徴とする。

【００２４】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッド及び前記出力鏡の少なくとも一方
に、前記主共振器の長さを変化させるための主共振器長
変更手段を設けたことを特徴とする。

【００２５】また、本発明の固体レーザ装置は、前記平
面基板に、前記副共振器の長さを変化させるための副共
振器長変更手段を設けたことを特徴とする。

【００２６】また、本発明の固体レーザ装置は、前記固
体レーザ結晶ロッドの入射側端面が、前記励起光に対し
て高透過の特性を持つことを特徴とする。

【００２７】

【作用】固体レーザ結晶ロッドの励起光入射側端面と、
反射鏡とで構成される主共振器の内部に、反射面を有す
る平面基板を配置し、この反射面と結晶ロッドの出射側
端面または反射鏡とで副共振器を構成する。副共振器
は、主共振器の共振モードを制御して、単一縦モードの
レーザ発振を可能にする。

【００２８】反射鏡に取り付けられた電歪素子は、光軸
方向に反射鏡を移動させて主共振器の長さを変える。ま
た、平面基板に取り付けられた電歪素子は、光軸方向に
平面基板を移動させて副共振器の長さを変える。これに
より、発振波長の同調を行うことができる。

【００２９】これらの結果、同調範囲がエタロンを使用
した場合の理論値にまで拡大された、より高効率で信頼
性の高い固体レーザが得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１に本発明の固体レーザ
装置の第１の実施の形態を示す。ここで、従来と同一の
ものには同一番号を付し、その説明を省略する。

【００３１】図１の固体レーザ装置は、固体レーザ結晶
ロッド４３と出力鏡４５との間、即ち、主共振器の中に
挿入配置された平面基板１１を有している。この平面基
板１１は、反射面（第３の反射面）１２と、反射面１２
に対向する対向平面１３とを有している。反射面１２に
は、この固体レーザ装置の発振波長の光に対し所定の反
射率を持つよう反射コーティングが施されている。ま
た、対向平面１３には、この固体レーザ装置の発振波長
の光に対して減反射の特性を持つように減反射コーティ
ングが施されている。反射面１２と対向平面１３とは、
互いに平行ではなく、僅かに傾き（ウェッジ角）を有し
ている。つまり、この平面基板１１は、断面が略楔形の
ウェッジ基板である。

【００３２】また、図１の固体レーザ装置の固体レーザ
結晶ロッド４３は、その出射側端面（第４の反射面）１
５が平面基板１１の反射面１２と平行になる様に、光軸
５１に対して僅かな傾きを有する。そして、その出射側
端面１５には、この固体レーザ装置の発振波長の光に対
し所定の反射率を持つよう反射コーティングが施されて
いる。この固体レーザ結晶ロッド４３の出射側端面１５
は、平面基板１１の反射面１２ととともに副共振器を構
成する。

【００３３】また、平面基板１１には、電歪素子１４が
取り付けられており、光軸５１に沿って平面基板１１を
移動させることができる。同様に、出力鏡４５にも、反
射鏡を光軸５１方向に移動させるための電歪素子１６が
取り付けられている。この電歪素子１４を駆動して、平
面基板１１を光軸５１に沿って移動させることにより、
副共振器の長さ、即ち、固体レーザ結晶ロッド４３の出
射側端面１５と平面基板の反射面１２との距離、を変化
させることにより、モードの周波数特性をシフトさせる
ことができる。これにより、レーザの発振波長の同調を
行うことができる。同様に、電歪素子１４を駆動して、
出力鏡４５を光軸５１に沿って移動させることにより、
主共振器の長さ、即ち、固体レーザ結晶ロッド４３の入
射側端面４６と出力鏡４５の反射面４７との距離、を変
化させることにより、レーザの発振波長の同調をより精
密に行うことができる。

【００３４】以上のように、この固体レーザ装置では、
主共振器中に配置される副共振器が、１枚の平面基板１
１を挿入配置することにより実現されている。そして、
主共振器のモードと副共振器のモードとが結合すること
により、レーザの発振モードの選択が行われ単一縦モー
ド、またはそれに類するモードのレーザ発振光が得られ
る。

【００３５】本実施の形態では、平面基板はウェッジ基
板であり、しかも対向平面１３には、減反射コーティン
グが施されているので、光軸５１上には、主共振器及び
副共振器以外の不要な共振器が構成されることはなく、
共振モードの制御に支障を来す要因は存在しない。ま
た、ソリッドエタロンのように、モードの周波数特性を
シフトさせるために光軸に対する傾きを変える必要がな
いので、従来のような損失がない。また、エアギャップ
エタロンのように２枚の平行基板を必要としないので、
同じく従来に比べて損失が少ない。これにより、高効率
で、同調範囲が広いレーザ発振が可能になる。

【００３６】図２に、本発明の固体レーザ装置の第２の
実施の形態を示す。上記第１の実施の形態では、主共振
器を安定なレーザ発振を可能にする平面−凹面共振器
（安定共振器）とするために、固体レーザ結晶ロッド４
３の入射側端面４６を平面に、出力鏡４５の反射面４７
を凹面にしているが、本実施の形態では、固体レーザ結
晶ロッド４３の入射側端面４６を凸面（主共振器内側か
らみると凹面）に、出力鏡４５の反射面４７を平面にす
ることにより、安定共振器としている。これ以外の点
は、第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

【００３７】次に、図３を参照して、本発明の固体レー
ザ装置の第３の実施の形態について説明する。本実施の
形態では、第２の実施の形態と同様に、固体レーザ結晶
ロッド４３の入射側端面４６を凸面に、出力鏡４５の反
射面４７を平面にすることにより、主共振器を安定共振
器としている。そして、出力鏡４５の反射面４７を利用
して副共振器が構成されるように、平面基板１１が、主
共振器内に挿入配置されている。つまり、平面基板１１
は、その反射面１２が、出力鏡４５の反射面４７と平行
になるように配置されている。

【００３８】出力鏡４５は、共振モードの制御に支障を
来すような不要な共振器を構成することがないように、
ウェッジ基板により構成されている。即ち、出力鏡４５
の出射面５０は、光軸５１に垂直な反射面４７と平行で
はなく、僅かな傾きを有している。同様の理由で、固体
レーザ結晶ロッド４３の出射側端面１５を平面も、光軸
５１に対して垂直ではなく、僅かな傾きを有している。
平面基板１１の対向平面１２が、その反射面１２と平行
ではなく、僅かな傾きを有することは言うまでもない。
また、平面基板１１の対向平面１２と出力鏡４５の出射
面５０には、それぞれ、レーザ発振波長の光に対して減
反射特性を持つようにコーティングが行われている。

【００３９】本実施の形態の固体レーザ装置において
も、固体レーザ結晶ロッド４３の入射側端面４６と出力
鏡４５の反射面４７とで構成される主共振器のモード
と、平面基板１１の反射面１２と出力鏡４５の反射面４
７とで構成される副共振器のモードとが結合することに
より、レーザの発振モードの選択が行われ単一縦モー
ド、またはそれに類するモードのレーザ発振光が得られ
る。

【００４０】また、電歪素子１４を駆動して、副共振器
の長さを変化させることにより、モードの周波数特性を
シフトさせることができ、レーザの発振波長の同調を行
うことができる。さらに、電歪素子１４を駆動して、主
共振器の長さを変化させることにより、レーザの発振波
長の同調をより精密に行うことができる。

【００４１】本実施の形態の固体レーザ装置が、ソリッ
ドエタロンやエアギャップエタロンを用いる固体レーザ
装置に比べ、損失が少なく、高効率のレーザ発光が可能
なことは、第１及び第２の実施の形態の固体レーザ装置
と同様である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、固体レーザ結晶ロッド
及び反射鏡のいずれか一方と、これら固体レーザ結晶ロ
ッドと反射鏡との間に挿入配置された平面基板とで、主
共振器内に、副共振器を構成するようにしたことで、構
成が簡易でありながら、損失が少なく、高効率で、同調
範囲の広い、信頼性の高い固体レーザ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す概略図であ
る。

【図４】従来のソリッドエタロンを備えた固体レーザ装
置の概略図である。

【図５】従来のエアギャップエタロンを備えた固体レー
ザ装置の概略図である。

【符号の説明】

１１平面基板１２反射面（第３の反射面）１３対向平面１４電歪素子１５出射側端面４１励起用レーザ４２励起用光学系４３固体レーザ結晶ロッド４４ソリッドエタロン４５出力鏡４６入射側端面（第１の反射面）４７反射面（第２の反射面）４８，４９平面５０出射面５１光軸５２傾斜角５５エアギャップエタロン５６，５７基板５８電歪素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光を出射する励起用レーザと、前記
励起光により励起され光を放射する固体レーザ結晶ロッ
ドと、前記励起光を前記固体レーザ結晶ロッドに入射さ
せる励起用光学系と、前記固体レーザ結晶ロッドの入射
側端面と共に主共振器を構成する出力鏡とを備えた端面
励起型の固体レーザ装置において、反射面を有する平面
基板を前記固体レーザ結晶ロッドと前記出力鏡との間に
配置し、前記反射面と、前記固体レーザ結晶ロッドの出
射側端面と前記出力鏡のうちいずれか一方とで、副共振
器を構成したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】前記固体レーザ結晶ロッドの入射側端面
を平面に、前記出力鏡の反射面を凹面にして、前記主共
振器を安定共振器にしたことを特徴とする請求項１の固
体レーザ装置。
【請求項３】前記固体レーザ結晶ロッドの入射側端面
を凸面に、前記出力鏡の反射面を平面にして、前記主共
振器を安定共振器にしたことを特徴とする請求項１の固
体レーザ装置。
【請求項４】前記平面基板の反射面が、レーザ発振波
長の光に対して所定の反射率を有することを特徴とする
請求項１、２、または、３の固体レーザ装置。
【請求項５】前記固体レーザ結晶ロッドの出射側端面
が、レーザ発振波長の光に対して所定の反射率を有する
ことを特徴とする請求項１、２、３、または、４の固体
レーザ装置。
【請求項６】前記平面基板が、前記反射面に対向する
対向平面を有し、該対向平面が、レーザ発振波長の光に
対して減反射の特性を有することを特徴とする請求項
１、２、３、４、または、５の固体レーザ装置。
【請求項７】前記平面基板が、前記反射面に対向する
対向平面を有し、前記反射面と前記対向平面とが互いに
傾きを有することを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、または、６の固体レーザ装置。
【請求項８】前記固体レーザ結晶ロッドの出射側端面
が、前記主共振器の光軸に対して傾きを有することを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、６、または、７の
固体レーザ装置。
【請求項９】前記固体レーザ結晶ロッド及び前記出力
鏡の少なくとも一方に、前記主共振器の長さを変化させ
るための主共振器長変更手段を設けたことを特徴とする
請求項１、２、３、４、５、６、７、または、８の固体
レーザ装置。
【請求項１０】前記平面基板に、前記副共振器の長さ
を変化させるための副共振器長変更手段を設けたことを
特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、ま
たは、９の固体レーザ装置。
【請求項１１】前記固体レーザ結晶ロッドの入射側端
面が、前記励起光に対して高透過の特性を持つことを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、
または、１０の固体レーザ装置。