JP2000040848A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ装置Info
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- JP2000040848A JP2000040848A JP20675298A JP20675298A JP2000040848A JP 2000040848 A JP2000040848 A JP 2000040848A JP 20675298 A JP20675298 A JP 20675298A JP 20675298 A JP20675298 A JP 20675298A JP 2000040848 A JP2000040848 A JP 2000040848A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 断熱構造容器に収納せずに温度許容幅の小さ
い波長変換用ＳＨＧ素子を使用でき、外部温度の影響を
受けない半導体レーザ励起固体レーザー装置を得る。 【解決手段】 外部温度の変化に伴いＳＨＧ素子が最適
結晶温度からずれて低下した出力を、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
４を透過した半導体レーザー光５を直接ＳＨＧ素子に照
射し、共振器内に蓄積される基本波エネルギーを増加す
ることにより、ＳＨＧ素子６の温度が増加し、出力１０
が一定に保持される。
い波長変換用ＳＨＧ素子を使用でき、外部温度の影響を
受けない半導体レーザ励起固体レーザー装置を得る。 【解決手段】 外部温度の変化に伴いＳＨＧ素子が最適
結晶温度からずれて低下した出力を、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
４を透過した半導体レーザー光５を直接ＳＨＧ素子に照
射し、共振器内に蓄積される基本波エネルギーを増加す
ることにより、ＳＨＧ素子６の温度が増加し、出力１０
が一定に保持される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザから
の励起光により固体媒質を励起する方式の半導体レーザ
励起固体レーザ装置、特に波長変換のためにＳＨＧ素子
をレーザ共振器内に組み込んだ半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置に関する。
の励起光により固体媒質を励起する方式の半導体レーザ
励起固体レーザ装置、特に波長変換のためにＳＨＧ素子
をレーザ共振器内に組み込んだ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】一般に、共振器内にＳＨＧ素子を配置し
て波長変換を行う半導体レーザ励起固体レーザ装置の高
調波出力Ｐ２ｗは、共振器内部に蓄積された基本波エネ
ルギーをＰｗ、有効非線形光学定数をκとすると、次式
に示す関係を有する。 Ｐ２ｗ＝κ・Ｐｗ ２・・・・・（１） 上式における有
効非線形光学定数κは、ＳＨＧ素子の置かれた環境条
件、特に周囲温度の影響を強く受ける。例えば、有効非
線形光学定数κを最大にするＳＨＧ素子の最適結晶温度
における波長変換効率を１００％とすると、その最適結
晶温度を中心として波長変換効率が５０％に下がる温度
幅を、その温度許容幅と定義している。従ってＳＨＧ素
子が最適結晶温度から温度許容幅だけ変化し、波長変換
効率が５０％になった場合、これを最適結晶温度におけ
る波長変換効率１００％に戻すためには上記（１）式に
示されるように、共振器内部に蓄積する基本波エネルギ
ーＰｗを√２倍（約１．４倍）にする必要がある。
て波長変換を行う半導体レーザ励起固体レーザ装置の高
調波出力Ｐ２ｗは、共振器内部に蓄積された基本波エネ
ルギーをＰｗ、有効非線形光学定数をκとすると、次式
に示す関係を有する。 Ｐ２ｗ＝κ・Ｐｗ ２・・・・・（１） 上式における有
効非線形光学定数κは、ＳＨＧ素子の置かれた環境条
件、特に周囲温度の影響を強く受ける。例えば、有効非
線形光学定数κを最大にするＳＨＧ素子の最適結晶温度
における波長変換効率を１００％とすると、その最適結
晶温度を中心として波長変換効率が５０％に下がる温度
幅を、その温度許容幅と定義している。従ってＳＨＧ素
子が最適結晶温度から温度許容幅だけ変化し、波長変換
効率が５０％になった場合、これを最適結晶温度におけ
る波長変換効率１００％に戻すためには上記（１）式に
示されるように、共振器内部に蓄積する基本波エネルギ
ーＰｗを√２倍（約１．４倍）にする必要がある。
【０００３】一般の固体レーザ装置では、その出力を一
定に維持するために半導体レーザからの励起入力を調節
する方法が用いられているが、狭い温度範囲でのみ高い
波長変換効率が得られるＫＮｂＯ３結晶のようなＳＨＧ
素子を用いて波長変換を行う場合、外部温度変化に伴う
ＳＨＧ素子内部の温度変化によって生じる波長変換効率
の低下が大きいため、半導体レーザの励起入力の調節に
より共振器内部に蓄積される基本波エネルギーを増減す
るだけでは波長変換効率を補償するのは難しい。従っ
て、従来、広い環境温度範囲で波長変換を行う半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置の出力光を一定に保つために、
特に広い温度範囲で効率の良い波長変換が行えるＳＨＧ
素子を選ぶか、あるいはＳＨＧ素子をサーモモジュール
等で温度制御すると共に、外部からの熱の伝達を極力排
除した断熱構造を用いるなどの方法が採られていた。
定に維持するために半導体レーザからの励起入力を調節
する方法が用いられているが、狭い温度範囲でのみ高い
波長変換効率が得られるＫＮｂＯ３結晶のようなＳＨＧ
素子を用いて波長変換を行う場合、外部温度変化に伴う
ＳＨＧ素子内部の温度変化によって生じる波長変換効率
の低下が大きいため、半導体レーザの励起入力の調節に
より共振器内部に蓄積される基本波エネルギーを増減す
るだけでは波長変換効率を補償するのは難しい。従っ
て、従来、広い環境温度範囲で波長変換を行う半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置の出力光を一定に保つために、
特に広い温度範囲で効率の良い波長変換が行えるＳＨＧ
素子を選ぶか、あるいはＳＨＧ素子をサーモモジュール
等で温度制御すると共に、外部からの熱の伝達を極力排
除した断熱構造を用いるなどの方法が採られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は以上のように構成されているが、広い温度範囲で効率
良く波長変換できるようなＳＨＧ素子は変換波長帯や環
境温度条件での制約があり、その選択肢が制限されるこ
とや、また、波長変換効率が高くても温度範囲の比較的狭
いＳＨＧ素子を利用する場合、十分な断熱を行う必要が
あり、そのためレーザ共振器の容積が大形化したり、厳
密な断熱構造にするために構造が複雑化しコスト上昇な
どを招くという問題があった。また、サーモモジュール
等により温度制御を外部温度によって変化させることも
考えられるが、最適パラメータに調整することが難しい
ことと、またコスト上昇を招くという問題がある。
は以上のように構成されているが、広い温度範囲で効率
良く波長変換できるようなＳＨＧ素子は変換波長帯や環
境温度条件での制約があり、その選択肢が制限されるこ
とや、また、波長変換効率が高くても温度範囲の比較的狭
いＳＨＧ素子を利用する場合、十分な断熱を行う必要が
あり、そのためレーザ共振器の容積が大形化したり、厳
密な断熱構造にするために構造が複雑化しコスト上昇な
どを招くという問題があった。また、サーモモジュール
等により温度制御を外部温度によって変化させることも
考えられるが、最適パラメータに調整することが難しい
ことと、またコスト上昇を招くという問題がある。
【０００５】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、厳密な断熱構造を用いなくても温度許
容範囲の狭いＳＨＧ素子を使用することが可能な半導体
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。
たものであって、厳密な断熱構造を用いなくても温度許
容範囲の狭いＳＨＧ素子を使用することが可能な半導体
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。
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、ＳＨ
Ｇ素子にレーザ媒質を透過した励起用半導体レーザから
の励起光を照射するように配置して、ＳＨＧ素子を温度
制御することにより、一定の高調波レーザ光が得られる
ようにした。
め、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、ＳＨ
Ｇ素子にレーザ媒質を透過した励起用半導体レーザから
の励起光を照射するように配置して、ＳＨＧ素子を温度
制御することにより、一定の高調波レーザ光が得られる
ようにした。
【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、厳密な断熱構造を用い
なくても、温度許容範囲の狭いＳＨＧ素子を使用するこ
とができる半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ること
ができる。
は上記のように構成されており、厳密な断熱構造を用い
なくても、温度許容範囲の狭いＳＨＧ素子を使用するこ
とができる半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ること
ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザ励起
ＳＨＧ固体レーザ装置の一実施例を図１により説明す
る。
ＳＨＧ固体レーザ装置の一実施例を図１により説明す
る。
【０００８】本装置は半導体レーザ１と、共振器ベース
基板１３上にそれぞれ熱的接触を保って固着された、半
導体レーザ光を集光するためのフォーカスレンズ系３
と、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４、ＫＮｂＯ３結晶を用いた波長
変換用ＳＨＧ素子６、縦モードをシングルモードの光ビ
ームに変えるためのエタロン８及び前記Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶４のレーザ光を反射して共振器を形成する出力ミラー
９と、その出力光から分光１１ａを取り出すためのビー
ムスプリッタ１１と、前記分光１１ａに対応した駆動電
流１８をフィードバックするためのフォトダイオード１
４、信号変換用ＩＣ１５、１７及びフィードバック回路
１６から構成されている。前記ＳＨＧ素子６は、特別な
断熱を施さず開放状態で、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４で吸収さ
れずに透過した半導体レーザ光５が直接照射する方向に
配設されている。
基板１３上にそれぞれ熱的接触を保って固着された、半
導体レーザ光を集光するためのフォーカスレンズ系３
と、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４、ＫＮｂＯ３結晶を用いた波長
変換用ＳＨＧ素子６、縦モードをシングルモードの光ビ
ームに変えるためのエタロン８及び前記Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶４のレーザ光を反射して共振器を形成する出力ミラー
９と、その出力光から分光１１ａを取り出すためのビー
ムスプリッタ１１と、前記分光１１ａに対応した駆動電
流１８をフィードバックするためのフォトダイオード１
４、信号変換用ＩＣ１５、１７及びフィードバック回路
１６から構成されている。前記ＳＨＧ素子６は、特別な
断熱を施さず開放状態で、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４で吸収さ
れずに透過した半導体レーザ光５が直接照射する方向に
配設されている。
【０００９】図１において、半導体レーザ光２はフォー
カスレンズ系３で集光され、固体媒質Ｎd:ＹＡＧ結晶４
内に入射される。このＮd:ＹＡＧ結晶４で吸収されずに
透過した半導体レーザ光５がＫＮｂＯ３結晶からなるＳ
ＨＧ素子６に直接照射される。このＳＨＧ素子６から発
射される縦モードの出力光７は、エタロン８によりシン
グルモード化された後、出力ミラー９及びビームスプリ
ッタ１１を透過して第２高調波のレーザ光が発射され
る。
カスレンズ系３で集光され、固体媒質Ｎd:ＹＡＧ結晶４
内に入射される。このＮd:ＹＡＧ結晶４で吸収されずに
透過した半導体レーザ光５がＫＮｂＯ３結晶からなるＳ
ＨＧ素子６に直接照射される。このＳＨＧ素子６から発
射される縦モードの出力光７は、エタロン８によりシン
グルモード化された後、出力ミラー９及びビームスプリ
ッタ１１を透過して第２高調波のレーザ光が発射され
る。
【００１０】一方、前記ビームスプリッタ１１から取り
出された分光１１ａは、フォトダイオード１４、信号変
換用ＩＣ１５、フィードバック回路１６及び信号変換用
ＩＣ１７を経由して駆動電流１８に変換され、半導体レ
ーザ１にフィードバックされ、レーザ出力光１０は一定
に保たれる。前記ＳＨＧ素子６は結晶長が３ｍｍのＫＮ
ｂＯ３結晶を使用しているが、特別な断熱構造を用いず
に開放状態で、サーモモジュール１２により温度制御さ
れた共振器ベース基板１３上に搭載されている。
出された分光１１ａは、フォトダイオード１４、信号変
換用ＩＣ１５、フィードバック回路１６及び信号変換用
ＩＣ１７を経由して駆動電流１８に変換され、半導体レ
ーザ１にフィードバックされ、レーザ出力光１０は一定
に保たれる。前記ＳＨＧ素子６は結晶長が３ｍｍのＫＮ
ｂＯ３結晶を使用しているが、特別な断熱構造を用いず
に開放状態で、サーモモジュール１２により温度制御さ
れた共振器ベース基板１３上に搭載されている。
【００１１】この共振器ベース基板１３の温度は、動作
させたい最高環境温度よりも高めの温度において、規定
の高調波出力が得られるＳＨＧ素子温度になるように設
定されている。すなわち照射される半導体レーザ光５に
よる基本波ビームの通過位置の温度上昇効果を考慮して
ＳＨＧ素子６の最適温度よりも低い値に設定されてい
る。このような温度設定により、環境温度が低下して、
十分な断熱が施されていないためＳＨＧ素子６の基本波
ビーム通過位置での温度が低下したような場合でも、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ結晶４からの半導体レーザ光５を増加させＳ
ＨＧ素子６に照射させることにより、共振器内部に蓄積
する基本波エネルギーを増加させると同時に、最適温度
よりも低下したＳＨＧ素子６の温度を上昇させ、必要な
出力光１０を得ることができる。
させたい最高環境温度よりも高めの温度において、規定
の高調波出力が得られるＳＨＧ素子温度になるように設
定されている。すなわち照射される半導体レーザ光５に
よる基本波ビームの通過位置の温度上昇効果を考慮して
ＳＨＧ素子６の最適温度よりも低い値に設定されてい
る。このような温度設定により、環境温度が低下して、
十分な断熱が施されていないためＳＨＧ素子６の基本波
ビーム通過位置での温度が低下したような場合でも、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ結晶４からの半導体レーザ光５を増加させＳ
ＨＧ素子６に照射させることにより、共振器内部に蓄積
する基本波エネルギーを増加させると同時に、最適温度
よりも低下したＳＨＧ素子６の温度を上昇させ、必要な
出力光１０を得ることができる。
【００１２】前記ＳＨＧ素子６として用いられているＫ
ＮｂＯ３結晶の温度許容幅は４℃／ｍｍであり、したが
って、本実施例の長さ３ｍｍのＫＮｂＯ３結晶において
は、共振器ベース基板１３が最適結晶温度から±２／３
℃（約０．７℃）変化すると、波長変換効率は５０％に
なり、計算上は共振器内に蓄積される基本波エネルギー
を１．４倍にしなければ同じ出力を維持することができ
ない。
ＮｂＯ３結晶の温度許容幅は４℃／ｍｍであり、したが
って、本実施例の長さ３ｍｍのＫＮｂＯ３結晶において
は、共振器ベース基板１３が最適結晶温度から±２／３
℃（約０．７℃）変化すると、波長変換効率は５０％に
なり、計算上は共振器内に蓄積される基本波エネルギー
を１．４倍にしなければ同じ出力を維持することができ
ない。
【００１３】図２は、本装置の効果を示す動作特性図で
ある。このグラフでは、常に一定の高調波出力が得られ
るように半導体レーザによる励起入力を制御された半導
体レーザ励起固体レーザ装置の外部環境温度を一定に保
ちながら共振器ベース基板１３の温度を変化させた時、
ＳＨＧ素子６の温度を最適温度にし、ＳＨＧ出力光を最
大効率に保つために必要な半導体レーザ１の駆動電流１
８を、外部環境温度４０℃と２０℃の場合についてプロ
ットしたものである。
ある。このグラフでは、常に一定の高調波出力が得られ
るように半導体レーザによる励起入力を制御された半導
体レーザ励起固体レーザ装置の外部環境温度を一定に保
ちながら共振器ベース基板１３の温度を変化させた時、
ＳＨＧ素子６の温度を最適温度にし、ＳＨＧ出力光を最
大効率に保つために必要な半導体レーザ１の駆動電流１
８を、外部環境温度４０℃と２０℃の場合についてプロ
ットしたものである。
【００１４】図２に示されるように、外部環境温度４０
℃（点線で示す）の場合、最適共振器温度は３３．５℃
であることから、共振器温度、即ち結晶温度がその温度
より０．７℃低い３２．８℃に達すると、共振器内の基
本波電力を約１．４倍に増加させる必要があり、発振閾
値０．３５Ａの本実施例の１Ｗ半導体レーザでは、計算
上は１．１４Ａの駆動電流が必要であるが、本実施例で
は１Ａ未満の駆動電流で出力を維持している。このこと
は、外部環境温度の低下でＳＨＧ素子６の温度が低下し
た場合でも半導体レーザ光２を少量増加させることによ
りＳＨＧ素子６を最適温度に保ち一定出力を維持できる
ことを示している。
℃（点線で示す）の場合、最適共振器温度は３３．５℃
であることから、共振器温度、即ち結晶温度がその温度
より０．７℃低い３２．８℃に達すると、共振器内の基
本波電力を約１．４倍に増加させる必要があり、発振閾
値０．３５Ａの本実施例の１Ｗ半導体レーザでは、計算
上は１．１４Ａの駆動電流が必要であるが、本実施例で
は１Ａ未満の駆動電流で出力を維持している。このこと
は、外部環境温度の低下でＳＨＧ素子６の温度が低下し
た場合でも半導体レーザ光２を少量増加させることによ
りＳＨＧ素子６を最適温度に保ち一定出力を維持できる
ことを示している。
【００１５】本実施例では、効果が顕著な縦シングルモ
ード化レーザの場合について述べたが、縦マルチモード
発振のレーザに対しても同様の効果が得られるものであ
る。
ード化レーザの場合について述べたが、縦マルチモード
発振のレーザに対しても同様の効果が得られるものであ
る。
【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、ＳＨＧ素子の断熱構
造を簡素化しても、環境温度の低下によるＳＨＧ結晶温
度の低下から起きるレーザ出力の低下を、半導体レーザ
の励起エネルギーを増加して共振器内部に蓄積する基本
波エネルギーの増加と共にＳＨＧ結晶温度の上昇を誘起
して補う単調な制御により、レーザ出力を一定に保つこ
とができるのでレーザ共振器の容積の縮小とコストダウ
ンが可能となる。
置は上記のように構成されており、ＳＨＧ素子の断熱構
造を簡素化しても、環境温度の低下によるＳＨＧ結晶温
度の低下から起きるレーザ出力の低下を、半導体レーザ
の励起エネルギーを増加して共振器内部に蓄積する基本
波エネルギーの増加と共にＳＨＧ結晶温度の上昇を誘起
して補う単調な制御により、レーザ出力を一定に保つこ
とができるのでレーザ共振器の容積の縮小とコストダウ
ンが可能となる。
【図１】 本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の
一実施例を示す構成図である。
一実施例を示す構成図である。
【図２】 本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の
共振器ベース基板の温度とその温度に対して必要な駆動
電流の関係を示す図である。
共振器ベース基板の温度とその温度に対して必要な駆動
電流の関係を示す図である。
１・・・・・半導体レーザ ２、５・・・半導体レーザ光 ３・・・・・フォーカスレンズ系 ４・・・・・Ｎd:ＹＡＧ結晶 ６・・・・・ＳＨＧ素子 ８・・・・・エタロン ９・・・・・出力ミラー ７、１０・・出力光 １１・・・・ビームスプリッター １１ａ・・・分光 １２・・・・サーモモジュール １３・・・・共振器ベース基板 １４・・・・フォトダイオード １５、１７・信号変換用ＩＣ １６・・・・フィードバック回路 １８・・・・駆動電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F072 AB02 HH02 HH03 HH04 JJ05 KK06 KK08 KK12 KK15 KK30 PP07 QQ02 SS01 TT12 TT14 TT27
Claims (1)
- 【請求項１】励起用半導体レーザからの励起光を調節す
ることによりレーザ出力光を調節する機能を備えた半導
体レーザ励起固体レーザ装置において、ＳＨＧ素子にレ
ーザ媒質を透過した励起用半導体レーザからの励起光を
照射するように配置して、ＳＨＧ素子を温度制御するこ
とにより、一定の高調波レーザ光が得られるようにした
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20675298A JP2000040848A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20675298A JP2000040848A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040848A true JP2000040848A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16528514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20675298A Pending JP2000040848A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000040848A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008093545A1 (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Panasonic Corporation | 固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子 |
| CN100440648C (zh) * | 2006-04-26 | 2008-12-03 | 上海致凯捷激光科技有限公司 | 半导体端面泵浦的风冷单模绿光激光器 |
-
1998
- 1998-07-22 JP JP20675298A patent/JP2000040848A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100440648C (zh) * | 2006-04-26 | 2008-12-03 | 上海致凯捷激光科技有限公司 | 半导体端面泵浦的风冷单模绿光激光器 |
| WO2008093545A1 (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Panasonic Corporation | 固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子 |
| JP5096379B2 (ja) * | 2007-01-29 | 2012-12-12 | パナソニック株式会社 | 固体レーザー装置、表示装置及び波長変換素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041130 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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