JP2000082859A - Solid-state laser device - Google Patents

Solid-state laser device

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JP2000082859A
JP2000082859A JP11052464A JP5246499A JP2000082859A JP 2000082859 A JP2000082859 A JP 2000082859A JP 11052464 A JP11052464 A JP 11052464A JP 5246499 A JP5246499 A JP 5246499A JP 2000082859 A JP2000082859 A JP 2000082859A
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Japan
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solid
laser
state laser
laser device
resonator
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Application number
JP11052464A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Miyamoto
晃男 宮本
Taisei Matsumoto
大成 松本
Satoshi Makio
諭 牧尾
Hidenobu Ishida
英伸 石田
Masazumi Sato
正純 佐藤
Tetsuo Ando
哲生 安藤
Masterson Bernard
マスターソン バーナード
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Proterial Ltd
Melles Griot Inc
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Melles Griot Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state laser device which can stably emit a laser beam having a fixed wavelength for a long time. SOLUTION: A solid-state laser device is provided with a semiconductor laser 1 which emits an exciting laser beam, a light condensing optical system 2, a laser resonator 30, base parts 12 on which the supporting bodies 4, 6, 8, and 10 of the parts 3, 5, 7, and 9 constituting the resonator 30 are fixed, a temperature control element 13 which is fixed under the base parts 12 for making the temperatures of the parts 3, 5, 7, and 9 constant, and a heat sink 14 which supports the element 13 and, at the same time, is fixed to the bottom plate 16 of a laser device case 18. In the laser device, the laser resonator 30, base parts 12, temperature control element 13, and heat sink 14 are surrounded by an airtight cover 15 and the cover 15 is airtightly fixed to the bottom plate 16 of the case 18 so that the air pressure in the optical path of the resonator 30 for laser beam may become constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、経時変化なしに安
定した波長のレーザ光を発する固体レーザ装置に関し、
特に大気圧の変動に影響されない低ノイズ固体レーザ装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device that emits a laser beam having a stable wavelength without a change over time.
In particular, the present invention relates to a low-noise solid-state laser device that is not affected by fluctuations in atmospheric pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】固体レ
ーザは、気体レーザ等の他のレーザに比べて、長寿命、
低消費電力、メンテナンスフリー等の利点を有するのみ
ならず、高周波ノイズを低くし、装置の小型化が可能で
あるという利点も有する。そのため最近では光励起型の
固体レーザに関する開発が多く進められている。一般に
赤から赤外域の長波長レーザ光は発振が容易なため実用
化が先行しているが、短波長レーザ光は発振が困難なた
め、急増するニーズに充分な対応ができていない。この
ような状況で、発振が困難とされている緑から青、紫と
いった短波長レーザ光を得るために、レーザ共振器内に
非線形光学材料でできた光波長変換素子を有する内部共
振型の第2高調波固体レーザは、実用段階に入りつつあ
る。
2. Description of the Related Art Solid-state lasers have a longer lifespan than other lasers such as gas lasers.
In addition to advantages such as low power consumption and maintenance-free, there are advantages that high-frequency noise can be reduced and the device can be miniaturized. For this reason, recently, many developments regarding photo-excitation type solid-state lasers have been advanced. In general, long-wavelength laser light in the red to infrared region is easy to oscillate, and thus practical use has preceded. However, short-wavelength laser light is difficult to oscillate. Under these circumstances, in order to obtain short-wavelength laser light such as green, blue, and violet, which is considered to be difficult to oscillate, an internal-resonance type laser having an optical wavelength conversion element made of a nonlinear optical material in a laser resonator is used. Two-harmonic solid-state lasers are entering the practical stage.

【0003】図2に内部共振型の第2高調波固体レーザ
装置の代表例を示す。この内部共振型の第2高調波固体
レーザ装置においては、レーザ共振器の外部に設けられ
た半導体レーザ1が固体レーザ結晶5の励起光源として
使われている。まず半導体レーザ1から発せられた励起
光は、集光光学系2を通して固体レーザ結晶5に集光さ
れる。図3に示すように、集光光学系2はレンズ2a〜2d
により構成されている。
FIG. 2 shows a typical example of an internal resonance type second harmonic solid-state laser device. In this internal resonance type second harmonic solid-state laser device, a semiconductor laser 1 provided outside a laser resonator is used as an excitation light source for a solid-state laser crystal 5. First, the excitation light emitted from the semiconductor laser 1 is focused on the solid-state laser crystal 5 through the focusing optical system 2. As shown in FIG. 3, the condenser optical system 2 includes lenses 2a to 2d.
It consists of.

【0004】固体レーザ結晶5から発せられたレーザ光
は「基本波」と呼ばれ、レーザ共振器30を構成する凹レ
ンズ3の凹曲面にコートされた共鳴ミラー3aと、第2高
調波を生成する非線形光学結晶9の端面にコートされた
ミラー11との間を往復する。共鳴ミラー3a及びミラー11
には基本波を反射する特性がある。非線形光学結晶9は
この往復する基本波からエネルギーを吸収し、その光学
的非線形特性と寸法等により定まる第2高調波を出射す
る。第2高調波はミラー11を通過することができるた
め、レーザ光17として得られる。
The laser light emitted from the solid-state laser crystal 5 is called a “fundamental wave”, and generates a second mirror and a resonance mirror 3 a coated on the concave curved surface of the concave lens 3 constituting the laser resonator 30. It reciprocates between a mirror 11 coated on the end face of the nonlinear optical crystal 9. Resonant mirror 3a and mirror 11
Has a characteristic of reflecting a fundamental wave. The nonlinear optical crystal 9 absorbs energy from the reciprocating fundamental wave, and emits a second harmonic determined by its optical nonlinear characteristics, dimensions, and the like. Since the second harmonic can pass through the mirror 11, it is obtained as a laser beam 17.

【0005】レーザ光17の波長は、エタロン又は複屈折
フィルタのような波長選択素子7により、任意に選択で
きる。従って、基本波として750 〜1000nmの波長が得ら
れると、レーザ共振器30に配置された第2高調波を生成
する非線形光学結晶9により波長が半分にされ、375 〜
500nm の青ないし緑色のレーザ光となる。
[0005] The wavelength of the laser beam 17 can be arbitrarily selected by a wavelength selecting element 7 such as an etalon or a birefringent filter. Accordingly, when a wavelength of 750 to 1000 nm is obtained as the fundamental wave, the wavelength is halved by the nonlinear optical crystal 9 for generating the second harmonic arranged in the laser resonator 30, and the wavelength becomes 375 to 1000 nm.
It becomes blue or green laser light of 500 nm.

【0006】第2高調波レーザ光17の出力レベルは、温
度に非常に敏感である。これは固体レーザ結晶5、波長
選択素子7及び非線形光学結晶9のようなレーザ共振器
30を構成する光学部品が非常に高い温度依存性を有する
ためである。従って、レーザ共振器30を構成する各部品
の温度は、ペルチェ素子のような温度制御素子13によ
り、各々の光学部品3、5、7、9を支えている各部品
支持体4、6、8、10と、さらに各部品支持体4、6、
8、10等を支えているベース部品12を介して一定に制御
される。温度制御素子13には、固体レーザ装置から外部
へ放熱するためにヒートシンクのような放熱機構14が設
けられている。
[0006] The output level of the second harmonic laser light 17 is very sensitive to temperature. This is a laser resonator such as a solid-state laser crystal 5, a wavelength selection element 7, and a nonlinear optical crystal 9.
This is because the optical components constituting 30 have a very high temperature dependency. Accordingly, the temperature of each component constituting the laser resonator 30 is controlled by the temperature control element 13 such as a Peltier element to each of the component supports 4, 6, 8 supporting the optical components 3, 5, 7, 9 respectively. , 10 and each component support 4, 6,
It is controlled to be constant via the base part 12 supporting 8, 10, etc. The temperature control element 13 is provided with a heat radiating mechanism 14 such as a heat sink for radiating heat from the solid-state laser device to the outside.

【0007】図3に示すように、非線形光学結晶9の後
方に第2高調波レーザ光の一部を反射する分離フィルタ
32が配置されている。反射された第2高調波レーザ光
は、フォトダイオード34に導入され、フィードバック信
号の電流をフィードバック回路36を通して半導体レーザ
1の入力側に供給される。これにより出力レーザ光17の
出力は一定に保たれる。
As shown in FIG. 3, a separation filter that reflects a part of the second harmonic laser light behind the nonlinear optical crystal 9.
32 are arranged. The reflected second harmonic laser light is introduced into the photodiode 34, and the current of the feedback signal is supplied to the input side of the semiconductor laser 1 through the feedback circuit 36. Thus, the output of the output laser light 17 is kept constant.

【0008】内部共振型固体レーザにはノイズの問題が
あり、高性能な機器に適用するには低ノイズ化が非常に
重要である。レーザ共振器30内に非線形光学結晶9を有
する内部共振型の第2高調波固体レーザでは、レーザ共
振器30内に多くの発振縦モードが発生し得るが、できる
だけ単一縦モードで発振することが望まれる。しかしな
がら、単一縦モード化は非常に困難である。また発振縦
モードの経時変化は、固体レーザ結晶5の螢光寿命や、
レーザ共振器30中の各光学部品の表面損失、非線形光学
転換に伴う損失等の変化等にも起因する。多重縦モード
の場合、図4(a)に示すように出力強度が絶え間なく変化
するモード競合現象が起こる。
[0008] The internal resonance type solid-state laser has a problem of noise, and it is very important to reduce the noise for application to high-performance equipment. In the internal resonance type second harmonic solid-state laser having the nonlinear optical crystal 9 in the laser resonator 30, many oscillation longitudinal modes can be generated in the laser resonator 30. Is desired. However, it is very difficult to form a single longitudinal mode. In addition, the change over time of the oscillation longitudinal mode depends on the fluorescence lifetime of the solid-state laser crystal 5,
This is also caused by surface loss of each optical component in the laser resonator 30, a change in loss due to nonlinear optical conversion, and the like. In the case of the multiple longitudinal mode, a mode competition phenomenon occurs in which the output intensity constantly changes as shown in FIG.

【0009】モード競合現象により、時間とレーザ出力
のカオス変化が生じ、高周波ノイズとして観測される。
高周波ノイズの実際の周波数は、主に固体レーザ結晶の
励起寿命、共振器内の減衰定数などの時定数τにより決
定され、固体レーザ装置における時定数τは、10nsから
100 msの範囲内にある。ノイズ周波数が時定数τの逆数
より低いとすると、図4(b)に典型的に示すように高周波
ノイズの周波数範囲は10 kHz〜100 MHz となり、出力周
波数分析を行えばノイズ成分が得られる。
Due to the mode competition phenomenon, chaos changes in time and laser output occur, and are observed as high frequency noise.
The actual frequency of high-frequency noise is determined mainly by the time constant τ such as the excitation life of the solid-state laser crystal and the attenuation constant in the resonator.
Within the range of 100 ms. Assuming that the noise frequency is lower than the reciprocal of the time constant τ, the frequency range of the high-frequency noise is 10 kHz to 100 MHz, as typically shown in FIG. 4B, and a noise component can be obtained by performing output frequency analysis.

【0010】このようなモード競合現象による高周波ノ
イズを除去する方法は今までにいくつか提案されてい
る。例えば平行な平板により構成されるエタロン・プレ
ートのような波長選択素子7を付加し、レーザ共振器30
内で基本波の単一縦モード発振の条件を設定することに
より、モード競合現象を実質的に防ぐことができる。図
4(c) に示すように、単一縦モード発振の場合はモード
競合現象が生じ得ないので、発振レーザ光の出力に高周
波ノイズが含まれることはない(図4(d) 参照)。
Several methods have been proposed for removing high-frequency noise due to such a mode competition phenomenon. For example, a wavelength selecting element 7 such as an etalon plate composed of parallel flat plates is added, and a laser resonator 30 is provided.
By setting the condition of the single longitudinal mode oscillation of the fundamental wave within the above, the mode competition phenomenon can be substantially prevented. As shown in FIG. 4C, in the case of single longitudinal mode oscillation, no mode competition phenomenon can occur, so that the output of the oscillating laser light does not include high-frequency noise (see FIG. 4D).

【0011】また発振波長がマルチモードにあるときで
も、特開平10-65254号に開示されているような非線形光
学結晶における和周波変換作用を考慮して、レーザ共振
器30を設計することによりモード競合現象を防ぐことが
できるが、その理由は物理的にはまだ解明されていな
い。
Further, even when the oscillation wavelength is in the multimode, the mode can be improved by designing the laser resonator 30 in consideration of the sum frequency conversion effect of the nonlinear optical crystal as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-65254. The conflict phenomenon can be prevented, but the reason is not yet elucidated physically.

【0012】しかし実用上、出力を一定にしてかつ低ノ
イズ状態を維持するために、固体レーザのレーザ共振器
30内の発振モードを一定にすることが必要である。
However, in practice, in order to keep the output constant and to maintain a low noise state, a solid-state laser resonator is required.
It is necessary to keep the oscillation mode within 30 constant.

【0013】レーザ共振器30から発生したレーザ光は、
一般に特定の間隔で複数の不連続な波長として存在す
る。これは、レーザ共振器30の両端に位置するミラー3a
及び11に必ずレーザ光の波の節が存在するため、半波長
の整数倍の距離がレーザ共振器30の実効光路長と一致す
るという条件から明らかである。隣接する波長間隔(縦
モード間隔)Δλc は、図4(a) に示すようにマルチモ
ード・レーザ光のうち隣接するレーザ光の波長間隔とし
て定義され、下記式(1) :Δλc =λ2 /2Lc ・・・
(1)(ただし、Lcはレーザ共振器30の実効光路長であ
り、λは発振波長領域における中心波長である。)によ
り表される。例えば、典型的な固体レーザである860 nm
の発振波長成分を有するCr:LiSAF (Cr:LiSrAlF 6
系単結晶固体レーザを長さ30 mm のレーザ共振器30に配
置した場合、縦モード間隔Δλc は約0.01nmとなる。
The laser light generated from the laser resonator 30 is
Generally, it exists as a plurality of discontinuous wavelengths at specific intervals. This is because the mirrors 3a located at both ends of the laser resonator 30
And 11 always have a node of the laser light wave, which is apparent from the condition that the distance of an integral multiple of a half wavelength matches the effective optical path length of the laser resonator 30. The adjacent wavelength interval (longitudinal mode interval) Δλc is defined as the wavelength interval between adjacent laser beams of the multi-mode laser beam as shown in FIG. 4A, and is expressed by the following equation (1): Δλc = λ 2 / 2Lc ・ ・ ・
(1) (where Lc is the effective optical path length of the laser resonator 30, and λ is the center wavelength in the oscillation wavelength region). For example, a typical solid-state laser, 860 nm
: LiSAF (Cr: LiSrAlF 6 ) having an oscillation wavelength component of
When the system single crystal solid laser is arranged in the laser resonator 30 having a length of 30 mm, the longitudinal mode interval Δλc is about 0.01 nm.

【0014】低ノイズ固体レーザにおいて安定した波長
のレーザ光を得るには、波長変動を縦モード間隔の範囲
内で好ましくは縦モード間隔Δλc の約15%以内、さら
に好ましくは縦モード間隔の10%の範囲内に抑制する必
要がある。このようなシングルモードの低ノイズレーザ
は、エタロンのような波長選択素子により所定の波長の
み透過し、非線形光学結晶への入射光のちょうど2倍周
波数のレーザ光を出力する。従って非線形光学結晶によ
り入射レーザ光を適宣選択することにより、不連続な可
変波長レーザ光を得ることができる。
In order to obtain a laser beam having a stable wavelength in a low-noise solid-state laser, the wavelength fluctuation should be within the range of the longitudinal mode interval, preferably within about 15% of the longitudinal mode interval Δλc, more preferably 10% of the longitudinal mode interval. Must be controlled within the range. Such a single-mode low-noise laser transmits only a predetermined wavelength by a wavelength selection element such as an etalon, and outputs laser light having a frequency exactly twice as high as that of light incident on the nonlinear optical crystal. Therefore, by appropriately selecting the incident laser light using the nonlinear optical crystal, a discontinuous variable wavelength laser light can be obtained.

【0015】従って、発振波長がレーザ共振器30の実効
光路長により決まる縦モード間隔Δλc の約15%以上ず
れると、単一縦モード状態が崩れる。この結果、縦モー
ドの出力が減少して、隣接する縦モードが増幅して発振
が強まり、ダブル又はトリプルモード状態となる。この
ようなモード競合現象により低ノイズ状態が崩れてしま
う。一方、上記マルチモード低ノイズレーザにおいて
も、モード競合現象を防ぐメカニズムは、各縦モードに
対する固体レーザ結晶の空間ホールバーニング効果や和
周波変換作用に密接に関係するので、縦モードの波長制
御が重要となり、ノイズ状態は縦モードの波長分布の変
化により崩れる可能性がある。このように、低ノイズ固
体レーザの縦モード間隔はせいぜい15%の範囲内、特に
10%の範囲内に抑制する必要がある。
Therefore, when the oscillation wavelength is shifted by about 15% or more of the longitudinal mode interval Δλc determined by the effective optical path length of the laser resonator 30, the single longitudinal mode state is broken. As a result, the output of the longitudinal mode is reduced, the adjacent longitudinal mode is amplified and the oscillation is enhanced, and a double or triple mode state is set. The low noise state is broken by such a mode competition phenomenon. On the other hand, in the multi-mode low-noise laser, the mechanism for preventing the mode competition phenomenon is closely related to the spatial hole burning effect and the sum frequency conversion effect of the solid-state laser crystal for each longitudinal mode, so wavelength control of the longitudinal mode is important. And the noise state may be broken by a change in the wavelength distribution of the longitudinal mode. Thus, the longitudinal mode spacing of low-noise solid-state lasers is at most within 15%, especially
Must be controlled within the range of 10%.

【0016】従来は、ペルチェ素子のような温度制御素
子によりレーザ共振器30内の各素子を支持するベース部
品の温度を一定に保つことにより、波長変動を抑制して
いた。一定温度を保つことにより、ベース部品の熱膨張
が抑制されてレーザ共振器30の実効光路長が一定とな
り、その結果発生するレーザ光の波長も一定となる。レ
ーザ光の波長がレーザ共振器30内で一定となるのは、定
在波の波長が一定の長さのレーザ共振器30内で、レーザ
光の半波長の整数倍がレーザ共振器30の実効光路長と一
致するという境界条件を満たすためである。例えば特開
平7-306429号に記載されているように、ペルチェ素子に
よりレーザ共振器30の温度を制御することにより、素子
間の距離が熱膨張又は熱収縮により変化するのを防止す
ることができる。
Conventionally, wavelength fluctuations have been suppressed by keeping the temperature of a base component supporting each element in the laser resonator 30 constant by a temperature control element such as a Peltier element. By maintaining a constant temperature, the thermal expansion of the base component is suppressed, the effective optical path length of the laser resonator 30 becomes constant, and the wavelength of the resulting laser light also becomes constant. The wavelength of the laser light becomes constant in the laser resonator 30 because the wavelength of the standing wave is an integer multiple of a half wavelength of the laser light in the laser resonator 30 having a fixed length. This is for satisfying the boundary condition of being equal to the optical path length. For example, as described in JP-A-7-306429, by controlling the temperature of the laser resonator 30 with a Peltier element, it is possible to prevent the distance between the elements from changing due to thermal expansion or thermal contraction. .

【0017】しかし、長時間のランニングテストから、
温度制御だけで数時間又は数十時間以上低ノイズ状態を
維持するのは非常に困難であることが分かった。従っ
て、レーザ共振器30全体の温度を一定に維持するだけで
なく、波長変動を起こするとともに低ノイズ状態を崩す
他の原因も解明し、解決する必要がある。
However, from a long running test,
It has been found that it is very difficult to maintain a low noise state for several hours or tens of hours by temperature control alone. Therefore, it is necessary not only to keep the temperature of the entire laser resonator 30 constant, but also to clarify and solve other causes that cause wavelength fluctuation and break the low noise state.

【0018】従来、長時間にわたって作動中のレーザ共
振器30のベース部品の温度を制御することにより、発振
波長の変動を抑制する試みが行われてきたが、完全な低
ノイズ状態を長時間維持するには至っていない。
Conventionally, attempts have been made to suppress the fluctuation of the oscillation wavelength by controlling the temperature of the base component of the laser resonator 30 that has been operating for a long time, but a complete low noise state is maintained for a long time. I have not been able to.

【0019】従って、本発明の目的は、長時間一定波長
のレーザ光を安定して発することができる固体レーザ装
置を提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solid-state laser device capable of stably emitting laser light having a constant wavelength for a long time.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】固体レーザの発振波長が
変動する原因について鋭意研究の結果、本発明者等は、
大気圧の変動も低ノイズ状態を崩して発振波長を大きく
変動させる大きな要因であることが分かった。これは、
大気圧の変動によりレーザ共振器の光路にある空気のよ
うな媒体の密度変化が生じ、発振波長変動に直接関係す
る屈折率の変動が生じるためである。その結果、発振波
長の変動を引き起こす空気の屈折率変動はレーザ共振器
の雰囲気圧力を一定にすることにより防ぐことができる
こと発見し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of earnest research on the cause of fluctuation of the oscillation wavelength of the solid-state laser, the present inventors have found that
It was found that the fluctuation of the atmospheric pressure is also a major factor that breaks the low noise state and greatly changes the oscillation wavelength. this is,
This is because a change in the atmospheric pressure causes a change in the density of a medium such as air in the optical path of the laser resonator, and a change in the refractive index directly related to the change in the oscillation wavelength. As a result, the inventors have found that a change in the refractive index of air that causes a change in the oscillation wavelength can be prevented by keeping the atmospheric pressure of the laser resonator constant, and completed the present invention.

【0021】すなわち本発明の固体レーザ装置は、一対
のミラーの間に固体レーザ結晶を配してレーザ共振器を
形成し、固体レーザ結晶をレーザ共振器外に設けられた
励起光源により励起して、所要のレーザ光を得る光励起
型の固体レーザ装置であって、レーザ共振器の実効光路
長を実質的に一定に保つ手段を具備することを特徴とす
る。
That is, in the solid-state laser device of the present invention, a solid-state laser crystal is arranged between a pair of mirrors to form a laser resonator, and the solid-state laser crystal is excited by an excitation light source provided outside the laser resonator. An optically-pumped solid-state laser device for obtaining required laser light, characterized by comprising means for keeping the effective optical path length of the laser resonator substantially constant.

【0022】レーザ共振器の実効光路長を実質的に一定
に保つ手段は、少なくともレーザ共振器の実効光路内の
媒体(空気)の屈折率を一定に保つ作用を有する部品で
あり、具体的には内圧を一定に保つために固体レーザ装
置のケースの底板に気密状態で固着された気密カバーで
あるのが好ましい。気密カバーは、機械的変形又は応力
をレーザ共振器に伝達しないように、かつレーザ共振器
の各部品及び各部品を支持するベース部品に圧縮応力や
引っ張り応力を及ぼさないように、底板に固着されてい
るのが好ましい。また気密カバー内の圧力は外気圧より
低いのが好ましい。
The means for keeping the effective optical path length of the laser resonator substantially constant is a component having at least the function of keeping the refractive index of the medium (air) in the effective optical path of the laser resonator constant. Is preferably an airtight cover fixed in an airtight manner to the bottom plate of the case of the solid-state laser device in order to keep the internal pressure constant. The hermetic cover is fixed to the bottom plate so as not to transmit mechanical deformation or stress to the laser resonator, and not to apply compressive or tensile stress to each part of the laser resonator and a base component supporting each part. Is preferred. Further, the pressure inside the airtight cover is preferably lower than the outside air pressure.

【0023】ベース部品は温度制御手段を介してヒート
シンクに固定され、ヒートシンクは気密カバーと直接接
触しないのが好ましい。
Preferably, the base component is fixed to the heat sink via temperature control means, and the heat sink does not directly contact the airtight cover.

【0024】レーザ共振器は単一縦モード発振を可能に
するための波長選択素子を有するのが好ましい。波長選
択素子は複屈折フィルタ又はエタロン素子がよく使用さ
れる。
Preferably, the laser resonator has a wavelength selecting element for enabling single longitudinal mode oscillation. As the wavelength selection element, a birefringent filter or an etalon element is often used.

【0025】本発明の固体レーザ装置から出力するレー
ザ光の高周波ノイズは低減している。また出力レーザ光
の波長の変動幅はレーザ共振器のFSR(=λ2 /2L
cavi ty、ただしλは波長であり、Lcavityはレーザ共振
器長である。)の値より小さい。具体的には、出力波長
の変動幅は0.001 nmの範囲内であるのが好ましい。出力
波長の変動幅が0.0015 nm の範囲内である。
The high-frequency noise of the laser light output from the solid-state laser device of the present invention is reduced. Further, the fluctuation width of the wavelength of the output laser light is the FSR of the laser resonator (= λ 2 / 2L
CAVI ty, however λ is the wavelength, L cavity is a laser resonator length. ). Specifically, the fluctuation width of the output wavelength is preferably in the range of 0.001 nm. The fluctuation range of the output wavelength is within the range of 0.0015 nm.

【0026】かかる特徴を有する本発明の固体レーザ装
置の一例は、一対のミラーの間に固体レーザ結晶を配し
てレーザ共振器を形成し、固体レーザ結晶をレーザ共振
器外に設けられた半導体レーザにより励起し、かつレー
ザ共振器内部に波長選択素子と非線形光学媒体からなる
波長変換素子を設けて、所要の波長のレーザ光を得る内
部共振型の固体レーザ装置であって、少なくともレーザ
共振器を気密カバーで囲み、周辺の気圧変動によらず気
密カバー内の圧力を一定に保つことにより、レーザ共振
器の実効光路長を実質的に一定に保ち、もって出力波長
を実質的に一定に保つことを特徴とする。
An example of the solid-state laser device according to the present invention having such features is a semiconductor device in which a solid-state laser crystal is disposed between a pair of mirrors to form a laser resonator, and the solid-state laser crystal is provided outside the laser resonator. An internal resonance type solid-state laser device which is excited by a laser and has a wavelength conversion element comprising a wavelength selection element and a non-linear optical medium provided inside a laser resonator to obtain laser light of a required wavelength, comprising at least a laser resonator And the pressure inside the airtight cover is kept constant irrespective of the atmospheric pressure fluctuation, so that the effective optical path length of the laser resonator is kept substantially constant, and thus the output wavelength is kept substantially constant. It is characterized by the following.

【0027】本発明の好ましい実施例による固体レーザ
装置は、(a) 励起光を発する半導体レーザ、(b) 一対の
ミラーと、前記励起光を受けて基本波を発する固体レー
ザ結晶と、波長選択素子と、前記基本波を受けて第2高
調波レーザ光を発する波長変換素子とを有するレーザ共
振器、(c) 前記励起光を前記固体レーザ結晶へ集光する
ために前記半導体レーザと前記レーザ共振器の間に配置
した集光光学系、(d)前記レーザ共振器中の全ての部品
を支持するベース部品、(e) 前記ベース部品の底面に固
定された温度制御手段、(f) 前記温度制御手段の底面に
固定されているとともに、前記固体レーザ装置のケース
の底板に支持されたヒートシンク、及び(g) 前記レーザ
共振器と、前記ベース部品と、前記温度制御手段と、前
記ヒートシンクとを包囲する気密カバーであって、前記
固体レーザ装置の前記底板に気密状態で固着されてお
り、もってその中の圧力を実質的に一定に保つことによ
り前記レーザ共振器のレーザ光路中の空気の屈折率を実
質的に一定に維持する気密カバーを有することを特徴と
する。
A solid-state laser device according to a preferred embodiment of the present invention comprises: (a) a semiconductor laser that emits excitation light; (b) a pair of mirrors; a solid-state laser crystal that emits a fundamental wave by receiving the excitation light; A laser resonator having an element and a wavelength conversion element that emits a second harmonic laser beam in response to the fundamental wave, and (c) the semiconductor laser and the laser for condensing the excitation light onto the solid-state laser crystal. A condensing optical system arranged between the resonators, (d) a base component supporting all components in the laser resonator, (e) a temperature control means fixed to the bottom surface of the base component, (f) A heat sink fixed to the bottom surface of the temperature control means and supported on the bottom plate of the case of the solid-state laser device, and (g) the laser resonator, the base component, the temperature control means, and the heat sink. Surround A dense cover, which is fixed to the bottom plate of the solid-state laser device in an airtight manner, and thereby keeps the pressure therein substantially constant, thereby reducing the refractive index of air in the laser beam path of the laser resonator. It is characterized by having an airtight cover that keeps it substantially constant.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明の固体レーザ装置の構造を
詳述する前に、本発明の原理について説明する。空気の
圧力P(hPa )とその屈折率nは、空気の分子の密度を
通じて近似的に下記式(2) : n=A×P+1 ・・・(2) (ただし、Aは空気の組成及び温度に依存する定数であ
り、15℃、1気圧で約2.713 ×10-7である。)により表
される直線関係を有する。レーザ光路内に存在する空気
の屈折率が、式(2) に従って圧力変動により変化する場
合、レーザ共振器30の実効光路長は下記式(3) : D=n×L ・・・(3) により表される。ただし、Lはレーザ光路内にある空気
の実際の距離、すなわち光学部品の寸法を除いた距離で
あり、下記式(4) : ΔD=Δn×L ・・・(4) に従って変化する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the structure of the solid-state laser device of the present invention in detail, the principle of the present invention will be described. The pressure P (hPa) of the air and the refractive index n thereof are approximated by the following formula (2) through the density of air molecules: n = A × P + 1 (2) (where A is the composition and temperature of the air) Which is approximately 2.713 × 10 −7 at 15 ° C. and 1 atm.). When the refractive index of air existing in the laser beam path changes due to pressure fluctuations according to the equation (2), the effective optical path length of the laser resonator 30 becomes the following equation (3): D = n × L (3) Is represented by Here, L is the actual distance of the air in the laser beam path, that is, the distance excluding the dimensions of the optical components, and varies according to the following equation (4): ΔD = Δn × L (4)

【0029】例えば2つの固体媒体(i=1,2)及び
レーザ共振器30内のレーザ光路を構成する1つの気体媒
体(空気)があるとすると、レーザ共振器30内にある一
定数の波の数Nは下記式(5) : N=2n1L1/λ+2n2L2/λ+2nair L air /λ ・・・(5) (ただし、n1及びn2は各固体媒体の屈折率であり、L1
びL2は各固体媒体の距離であり、 nair は空気の屈折率
であり、 Lair はレーザ光路内の空気の距離である。)
により表される。Δn air =|nair2− nair1|の屈折
率変動による新たな発振波長λ2 =λ1 +Δλは、式
(5) を整理すると以下のように表される。 λ2 =λ1 ×(n1L1+n2L2+nair2L air )/ (n1L1+n2L2+nair1L air )・・・(6)
For example, assuming that there are two solid media (i = 1, 2) and one gaseous medium (air) that forms a laser beam path in the laser resonator 30, a certain number of waves in the laser resonator 30 the number n is the following formula (5): n = 2n 1 L 1 / λ + 2n 2 L 2 / λ + 2n air L air / λ ··· (5) ( provided that, n 1 and n 2 are the refractive index of the solid medium And L 1 and L 2 are the distances of each solid medium, n air is the refractive index of air , and L air is the distance of air in the laser beam path.)
Is represented by The new oscillation wavelength λ 2 = λ 1 + Δλ due to the refractive index fluctuation of Δn air = | n air2 −n air1 |
(5) can be summarized as follows. λ 2 = λ 1 × (n 1 L 1 + n 2 L 2 + n air2 L air ) / (n 1 L 1 + n 2 L 2 + n air1 L air ) ・ ・ ・ (6)

【0030】式(6) から明らかなように、レーザ光路に
おける空気の光路長 Lair 及び空気の屈折率変化Δn
air の積が大きくなればなるほど、発振波長の変化も大
きくなる。従って、レーザ光路における空気の光路長及
び空気の屈折率の積が小さな範囲内に保たれていれば、
発振波長の変化は式(1) により得られる縦モード間隔Δ
λc より十分に小さくなるので、出力波長の変動を抑制
することができる。典型的な例として、圧力と波長の関
係は式(2) 及び式(6) から以下の条件で算出できる。 レーザ共振器の長さ(実効光路長) Lc= 30 mm、 第1の固体媒体の長さL1= 5 mm 、 第1の固体媒体の屈折率n1=1.40、 第2の固体媒体の長さL2= 5 mm 、 第2の固体媒体の屈折率n2=1.60、 基本波の波長=860 nm、及び 気温= 15℃。
As is apparent from the equation (6), the optical path length L air of air in the laser optical path and the refractive index change Δn of air
The greater the product of air, the greater the change in oscillation wavelength. Therefore, if the product of the optical path length of air and the refractive index of air in the laser optical path is kept within a small range,
The change in oscillation wavelength is determined by the longitudinal mode interval Δ
Since it is sufficiently smaller than λc, the fluctuation of the output wavelength can be suppressed. As a typical example, the relationship between pressure and wavelength can be calculated from Equations (2) and (6) under the following conditions. Length of laser cavity (effective optical path length) Lc = 30 mm, length of first solid medium L 1 = 5 mm, refractive index of first solid medium n 1 = 1.40, length of second solid medium L 2 = 5 mm, refractive index n 2 of the second solid medium = 1.60, wavelength of fundamental wave = 860 nm, and temperature = 15 ° C.

【0031】図5に結果を示す。図中の直線の傾きK
は、0.0001 nm/hPa である。許容範囲を縦モード間隔
(0.01 nm )の約10%の範囲内とすると、圧力変化ΔP
の許容範囲は以下の通りΔλを傾きKで割ることにより
得られる。 ΔP=Δλ/K=(0.01×10%)/K=10(hPa ) ・・・(7)
FIG. 5 shows the results. The slope K of the straight line in the figure
Is 0.0001 nm / hPa. If the allowable range is within about 10% of the longitudinal mode interval (0.01 nm), the pressure change ΔP
Is obtained by dividing Δλ by the slope K as follows. ΔP = Δλ / K = (0.01 × 10%) / K = 10 (hPa) (7)

【0032】レーザ光路内の空気の圧力変動を式(7) に
より得られた範囲内に維持する手段を設けることによ
り、出力レーザ光の波長を実質的に一定にすることが可
能となる。しかし、波長の許容範囲は式(1) からレーザ
共振器30の実効光路長及び波長に依存するので、固体レ
ーザから発せられるレーザ光の波長に影響を及ぼす種々
の要因を考慮して、波長の許容範囲は好ましくは0.0015
nm 、より好ましくは0.001 nmとなる。
By providing a means for maintaining the pressure fluctuation of the air in the laser beam path within the range obtained by the equation (7), the wavelength of the output laser beam can be made substantially constant. However, the allowable range of the wavelength depends on the effective optical path length and the wavelength of the laser resonator 30 from the equation (1) .Therefore, considering the various factors affecting the wavelength of the laser light emitted from the solid-state laser, the wavelength The tolerance is preferably 0.0015
nm, more preferably 0.001 nm.

【0033】レーザ光路の気圧を一定に保持するため
に、レーザ共振器30は内部を外圧から分離する気密カバ
ー中に密閉しなければならない。またレーザ光の実効光
路長が一定になるように部品の熱膨張や熱収縮を防ぐた
めに、レーザ共振器30の構成部品の温度を厳密に一定に
保持する必要がある。さらに外部の部品からベース部品
に予期せぬ応力がかかると、ベース部品がわずかに変形
するために、レーザ光路の長さや部品の位置が変化し、
もって発振波長が変化する。気密カバー15の内外に圧力
差がある場合、気密カバー15は外圧の変化により部品を
支えているベース部品12に応力を及ぼすおそれがある。
そのような応力を防ぐために、気密カバー15は圧力に
より変形せず、かつレーザ共振器30の部品3、5、
7、9、支持体4、6、8、10及び支持体4〜10を支持
するベース部品12が装置ケース18の底板16及び気密カバ
ー15に直接接触ないことが重要である。
In order to keep the pressure in the laser beam path constant, the laser resonator 30 must be hermetically sealed in an airtight cover that separates the inside from the external pressure. In order to prevent the thermal expansion and contraction of the components so that the effective optical path length of the laser light is constant, it is necessary to keep the temperature of the components of the laser resonator 30 strictly constant. Furthermore, when an unexpected stress is applied to the base component from an external component, the base component is slightly deformed, so that the length of the laser light path and the position of the component are changed.
As a result, the oscillation wavelength changes. If there is a pressure difference between the inside and outside of the airtight cover 15, the airtight cover 15 may exert a stress on the base component 12 supporting the component due to a change in the external pressure.
In order to prevent such stress, the hermetic cover 15 is not deformed by pressure, and the components 3, 5,
It is important that the base parts 12 supporting the support members 7, 9, the supports 4, 6, 8, 10 and the supports 4 to 10 do not directly contact the bottom plate 16 and the airtight cover 15 of the device case 18.

【0034】図1は本発明の一実施例による固体レーザ
装置を示す。この固体レーザ装置は、励起レーザ光を発
する半導体レーザ1と、集光光学系2と、レーザ共振器
30を構成する凹レンズ3の凹曲面上にコートされた第1
のミラー3aと、励起レーザ光を受けて基本波を発する
固体レーザ結晶5と、波長選択素子7と、非線形光学結
晶9と、非線形光学結晶9の後面にコートされた第2の
ミラー11とを有する。固体レーザ結晶5から発せられた
基本波は、レーザ共振器30内で第1のミラー3aと第2
のミラー11の間を往復し、増幅される。基本波は、波長
選択素子7により波長制御され、単一のレーザ光成分、
すなわち単一縦モードのレーザ光が得られる。例えば、
縦モードレーザ光が860 nmの波長を有する場合、非線形
光学結晶9から発せられる第2高調波レーザ光の波長は
430 nmとなる。
FIG. 1 shows a solid-state laser device according to one embodiment of the present invention. This solid-state laser device includes a semiconductor laser 1 for emitting excitation laser light, a condensing optical system 2, a laser resonator
The first coated on the concave curved surface of the concave lens 3 constituting 30
, A solid-state laser crystal 5 that receives a pump laser beam and emits a fundamental wave, a wavelength selection element 7, a nonlinear optical crystal 9, and a second mirror 11 coated on the rear surface of the nonlinear optical crystal 9. Have. The fundamental wave emitted from the solid-state laser crystal 5 is transmitted to the first mirror 3a and the second
Reciprocates between the mirrors 11 and is amplified. The fundamental wave is wavelength-controlled by the wavelength selection element 7 and has a single laser light component,
That is, a single longitudinal mode laser beam is obtained. For example,
When the longitudinal mode laser light has a wavelength of 860 nm, the wavelength of the second harmonic laser light emitted from the nonlinear optical crystal 9 is
430 nm.

【0035】励起レーザ光を発する半導体レーザ1は、
500 mWで中心波長が670 nmである赤色レーザ光発散半導
体レーザにより構成することができる。固体レーザ結晶
5は例えばCr:LiSAF (Cr:LiSrAlF6)で、Cr含有量が
1.5 %の3mm×3mm×5mmの単結晶により構成すること
ができ、また非線形光学結晶9は例えば3mm×3mm×5
mmのLBO (LiB3O5)単結晶からなる第2高調波発生素子
により構成することができる。
The semiconductor laser 1 that emits an excitation laser beam
It can be constituted by a red laser light diverging semiconductor laser having a center wavelength of 670 nm at 500 mW. The solid-state laser crystal 5 is, for example, Cr: LiSAF (Cr: LiSrAlF 6 ) and has a Cr content of
It can be composed of 1.5% of a single crystal of 3 mm × 3 mm × 5 mm, and the nonlinear optical crystal 9 is, for example, 3 mm × 3 mm × 5 mm.
mm of LBO (LiB 3 O 5 ) single crystal.

【0036】図1に示すように、レーザ共振器30を構成
する各部品3、5、7、9と支持体4,6,8、10(第
1のミラー3aが形成された凹レンズ3とその支持体4、
Cr:LiSAF 単結晶5とその支持体6、波長選択素子7と
その支持体8、LBO 結晶9とその支持体10)はベース部
品12に固定されている。ベース部品12とレーザ共振器30
の各部品の温度を一定にするペリエ素子のような温度制
御素子13は、ベース部品12の下部に固定されている。さ
らに温度制御素子13の下部にヒートシンク14を固定し、
ヒートシンク14はレーザ装置ケース18の底板16に固定さ
れている。
As shown in FIG. 1, the components 3, 5, 7, 9 and the supports 4, 6, 8, 10 (the concave lens 3 on which the first mirror 3a is formed and the Support 4,
The Cr: LiSAF single crystal 5 and its support 6, the wavelength selection element 7 and its support 8, the LBO crystal 9 and its support 10) are fixed to a base component 12. Base component 12 and laser resonator 30
A temperature control element 13 such as a Perrier element for keeping the temperature of each component constant is fixed below the base component 12. Further, a heat sink 14 is fixed below the temperature control element 13,
The heat sink 14 is fixed to the bottom plate 16 of the laser device case 18.

【0037】レーザ共振器30、ベース部品12、温度制御
素子13及びヒートシンク14を包囲する気密カバー15は、
レーザ共振器30のレーザ光路の空気の圧力が一定になる
ようにレーザ装置ケース18の底板16に気密状態で固着さ
れている。また固体レーザ装置ケース18の底板16との気
密カバー15の気密性を向上させるため、気密カバー15の
底部にフランジ15a を設け、シーリング材20を介してフ
ランジ15a を底板16に固着するのが好ましい。
The hermetic cover 15 surrounding the laser resonator 30, the base component 12, the temperature control element 13 and the heat sink 14
The laser resonator 30 is fixed to the bottom plate 16 of the laser device case 18 in an airtight manner so that the pressure of the air in the laser beam path is constant. Further, in order to improve the airtightness of the airtight cover 15 with the bottom plate 16 of the solid-state laser device case 18, it is preferable to provide a flange 15a at the bottom of the airtight cover 15 and fix the flange 15a to the bottom plate 16 via a sealing material 20. .

【0038】気密カバー15にはレーザ光が通過する位置
に開口部15a、15bが設けられており、各開口部15a、
15bの外側には透明体19a、19bが接着されている。透
明体19a、19bとしては、石英ガラスや透明プラスチッ
ク板等、透明度が高くかつレーザ光吸収能が低い材料か
らなるものが好ましい。接着剤は気密カバー15内の気密
性を十分に維持できるものであれば、特に限定されな
い。また接着剤の代わりに、パッキンを介して透明体19
a、19bを気密カバー15の開口部周囲にボルト締めして
も良い。
The hermetic cover 15 is provided with openings 15a and 15b at positions where the laser beam passes.
Transparent bodies 19a and 19b are adhered to the outside of 15b. The transparent bodies 19a and 19b are preferably made of a material having a high transparency and a low laser beam absorbing ability, such as a quartz glass or a transparent plastic plate. The adhesive is not particularly limited as long as it can maintain airtightness in the airtight cover 15 sufficiently. Also, instead of using an adhesive, a transparent body 19
a and 19b may be bolted around the opening of the airtight cover 15.

【0039】[0039]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.

【0040】実施例1 気密カバー15を有する図1に示すレーザ装置を圧力制御
チャンバー内に設置し、チャンバー内の圧力を1002hPa
と992 hPa の間で10hPa の幅で交互に変化させ、レーザ
共振器30の基本波の波長及び第2高調波レーザ光の出力
を測定した。測定結果を図6に示す。外気圧が10hPa 変
化しても、基本波の波長は0.001 nm以下と僅かしか変化
しなかった。また第2高調波レーザ光の出力もほとんど
変化しなかった。これから、レーザ装置ケース18の底板
16に固着された気密カバー15は、レーザ光の発振波長を
一定に維持するのに有効であることが確認できた。
Example 1 A laser device shown in FIG. 1 having an airtight cover 15 was installed in a pressure control chamber, and the pressure in the chamber was set to 1002 hPa.
The wavelength of the fundamental wave of the laser resonator 30 and the output of the second harmonic laser light were measured by alternately changing the width of the laser resonator 30 between 10 hPa and 992 hPa. FIG. 6 shows the measurement results. Even when the external pressure changed by 10 hPa, the wavelength of the fundamental wave changed only slightly to 0.001 nm or less. Also, the output of the second harmonic laser light hardly changed. From now on, the bottom plate of the laser device case 18
It was confirmed that the hermetic cover 15 fixed to 16 was effective in keeping the oscillation wavelength of the laser light constant.

【0041】比較例1 図2に示すように気密カバー15を固着しない以外実施例
1と同じ固体レーザ装置を圧力制御チャンバー内に設置
し、チャンバー内の圧力を998hPaと988hPaの間で10hPa
の幅で交互に変化させ、レーザ共振器30の基本波の波長
及び第2高調波レーザ光の出力を測定した。測定結果を
図7に示す。10hPa の外気圧の変化により基本波の波長
には約0.002 nmの変化が生じた。従って、第2高調波レ
ーザ光の出力も変動し、波長変動を式(1) に従って求め
るレベルの約15%以内、すなわち0.0015nm以下、特に0.
001nm 以下に抑制するという目的を達成できなかった。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 As shown in FIG. 2, the same solid-state laser device as in Example 1 was installed in a pressure control chamber except that the airtight cover 15 was not fixed, and the pressure in the chamber was increased to 10 hPa between 998 hPa and 988 hPa.
The wavelength of the fundamental wave of the laser resonator 30 and the output of the second harmonic laser light were measured. FIG. 7 shows the measurement results. A change in the atmospheric pressure of 10 hPa caused a change in the wavelength of the fundamental wave of about 0.002 nm. Therefore, the output of the second harmonic laser light also fluctuates, and the wavelength fluctuation is within about 15% of the level obtained in accordance with the equation (1), that is, 0.0015 nm or less, especially 0.1 mm.
The objective of suppressing the thickness to 001 nm or less could not be achieved.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の固
体レーザ装置は外気圧からレーザ共振器を隔離するため
の気密カバーを有するため、出力光は外気圧が大きく変
動しても実質的に変動することなく、低ノイズで非常に
安定している。従って、本発明の固体レーザ装置は、大
気圧の変動を伴う天候や場所に関係なく、大きな出力変
動なしに、使用することができる。
As described in detail above, since the solid-state laser device of the present invention has an airtight cover for isolating the laser resonator from the outside air pressure, the output light is substantially output even when the outside air pressure fluctuates greatly. It is very stable with low noise without fluctuation. Therefore, the solid-state laser device of the present invention can be used without a large output fluctuation regardless of the weather or the place accompanied by the fluctuation of the atmospheric pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例による固体レーザ装置を示
す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a solid-state laser device according to one embodiment of the present invention.

【図2】 気密カバーのない固体レーザ装置を示す概略
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a solid-state laser device without an airtight cover.

【図3】 本発明の固体レーザ装置の具体的な構成例を
示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific configuration example of the solid-state laser device of the present invention.

【図4】 モード競合現象を概略的に示し、(a) は競合
する5本の出力レーザ光が存在する状態を示す概略図で
あり、(b) はモード競合現象が生じたときのレーザ出力
を示すグラフであり、(c) は単一縦モード発振を示す概
略図であり、(d)は単一縦モード発振の場合の発振レー
ザ光の出力を示すグラフである。
FIGS. 4A and 4B schematically show a mode competition phenomenon, in which FIG. 4A is a schematic view showing a state in which five competing output laser beams are present, and FIG. 4B is a laser output when a mode competition phenomenon occurs. (C) is a schematic diagram showing single longitudinal mode oscillation, and (d) is a graph showing output of oscillation laser light in the case of single longitudinal mode oscillation.

【図5】 外気圧と出力波長との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an external pressure and an output wavelength.

【図6】 実施例1の実験において、外気圧が経時変化
するときに基本波の波長及び第2高調波レーザ光の出力
が経時変化する様子を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing how the wavelength of the fundamental wave and the output of the second harmonic laser light change with time when the external pressure changes with time in the experiment of Example 1.

【図7】 比較例1の実験において、外気圧が経時変化
するときに基本波の波長及び第2高調波レーザ光の出力
が経時変化する様子を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing how the wavelength of the fundamental wave and the output of the second harmonic laser light change with time when the atmospheric pressure changes with time in the experiment of Comparative Example 1.

フロントページの続き (72)発明者 松本 大成 埼玉県熊谷市新堀新田450 和彊寮 (72)発明者 牧尾 諭 埼玉県熊谷市拾六間202−10 (72)発明者 石田 英伸 埼玉県熊谷市新堀新田450 和彊寮 (72)発明者 佐藤 正純 埼玉県深谷市東方町4−12−13 (72)発明者 安藤 哲生 米国、コロラド州 80301、ボルダー、ツ インレイクスロード 4870番地 12号室 (72)発明者 バーナード マスターソン 米国、コロラド州 80303、ボルダー、36 番街 945番地Continued on the front page (72) Inventor Taisei Matsumoto 450, Niibori Nitta, Kumagaya-shi, Saitama Prefecture (72) Inventor Satoshi Makio 202-10, Jorokuma, Kumagaya-shi, Saitama 202-72 (72) Inventor Hidenobu Ishida, Kumagaya-shi, Saitama Shinbori Nitta 450 Wajiang dormitory (72) Inventor Masazumi Sato 4-12-13, Toho-cho, Fukaya-shi, Saitama (72) Inventor Tetsuo Ando 80301, Colorado, U.S.A., Boulder, Zu In Lakes Road 4870 No. 12 Room (72 Inventor Bernard Masterson Boulder, 80303, Colorado, U.S.A., 945, 36th Avenue

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対のミラーの間に固体レーザ結晶を配
してレーザ共振器を形成し、前記固体レーザ結晶を前記
レーザ共振器外に設けられた励起光源により励起して、
所要のレーザ光を得る光励起型の固体レーザ装置におい
て、前記レーザ共振器の実効光路長を実質的に一定に保
つ手段を具備することを特徴とする固体レーザ装置。
1. A laser resonator is formed by disposing a solid-state laser crystal between a pair of mirrors, and the solid-state laser crystal is excited by an excitation light source provided outside the laser resonator.
An optically-pumped solid-state laser device for obtaining a required laser beam, comprising: means for keeping an effective optical path length of the laser resonator substantially constant.
【請求項2】 請求項1に記載の固体レーザ装置におい
て、前記レーザ共振器の実効光路長を実質的に一定に保
つ手段が、少なくとも前記レーザ共振器の実効光路内の
媒体の屈折率を一定に保つ部材であることを特徴とする
固体レーザ装置。
2. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the means for keeping the effective optical path length of the laser resonator substantially constant is such that at least the refractive index of a medium in the effective optical path of the laser resonator is constant. A solid-state laser device, characterized in that the device is a member to be kept.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の固体レーザ装置
において、前記レーザ共振器の実効光路長を実質的に一
定に保つ手段が、前記固体レーザ装置のケースの底板に
気密状態で固着された気密カバーであり、前記気密カバ
ー内の圧力が一定であることを特徴とする固体レーザ装
置。
3. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the means for keeping the effective optical path length of the laser resonator substantially constant is fixed to a bottom plate of a case of the solid-state laser device in an airtight manner. A solid-state laser device, wherein the pressure inside the airtight cover is constant.
【請求項4】 一対のミラーの間に固体レーザ結晶を配
してレーザ共振器を形成し、前記固体レーザ結晶を前記
レーザ共振器外に設けられた半導体レーザにより励起
し、この励起光を共振器内に配した非線形光学媒体から
なる波長変換素子に入射させて、所要の波長のレーザ光
を得る内部共振型の固体レーザ装置において、少なくと
も前記レーザ共振器を気密カバーで囲み、周辺の気圧変
動によらず前記気密カバー内の圧力を一定に保つことに
より、前記レーザ共振器の実効光路長を実質的に一定に
保ち、もって出力波長を実質的に一定に保つことを特徴
とする固体レーザ装置。
4. A laser resonator is formed by disposing a solid-state laser crystal between a pair of mirrors, and the solid-state laser crystal is excited by a semiconductor laser provided outside the laser resonator. In a solid-state laser device of an internal resonance type in which a laser beam of a required wavelength is obtained by being incident on a wavelength conversion element formed of a non-linear optical medium disposed in a vessel, at least the laser resonator is surrounded by an airtight cover, and atmospheric pressure fluctuations around the laser resonator are changed. A solid-state laser device, wherein the pressure inside the airtight cover is kept constant irrespective of this, whereby the effective optical path length of the laser resonator is kept substantially constant, so that the output wavelength is kept substantially constant. .
【請求項5】 請求項3又は4に記載の固体レーザ装置
において、前記気密カバーが機械的変形又は応力を前記
レーザ共振器に伝達しないように前記底板に固着されて
いることを特徴とする固体レーザ装置。
5. The solid-state laser device according to claim 3, wherein the airtight cover is fixed to the bottom plate so as not to transmit mechanical deformation or stress to the laser resonator. Laser device.
【請求項6】 請求項3〜5のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記気密カバーは、前記レーザ共振
器の各部品及び各部品を支持するベース部品に圧縮応力
又は引っ張り応力を及ぼさないことを特徴とする固体レ
ーザ装置。
6. The solid-state laser device according to claim 3, wherein the hermetic cover does not exert a compressive stress or a tensile stress on each component of the laser resonator and a base component supporting each component. A solid-state laser device characterized by the above-mentioned.
【請求項7】 請求項6に記載の固体レーザ装置におい
て、前記ベース部品は温度制御手段を介してヒートシン
クに固定され、前記ヒートシンクは前記気密カバーと直
接接触しないことを特徴とする固体レーザ装置。
7. The solid-state laser device according to claim 6, wherein said base component is fixed to a heat sink via temperature control means, and said heat sink does not directly contact said airtight cover.
【請求項8】 請求項2〜7のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記媒体がガスであることを特徴と
する固体レーザ装置。
8. The solid-state laser device according to claim 2, wherein said medium is a gas.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記レーザ共振器が単一縦モード発
振を可能にするための波長選択素子を有することを特徴
とする固体レーザ装置。
9. The solid-state laser device according to claim 1, wherein said laser resonator has a wavelength selection element for enabling single longitudinal mode oscillation. .
【請求項10】 請求項9に記載の固体レーザ装置におい
て、前記波長選択素子が複屈折フィルタ又はエタロン素
子を具備することを特徴とする固体レーザ装置。
10. The solid-state laser device according to claim 9, wherein the wavelength selection element includes a birefringent filter or an etalon element.
【請求項11】 請求項1〜10のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、レーザ光出力時に含まれる高周波ノ
イズが低減されていることを特徴とする固体レーザ装
置。
11. The solid-state laser device according to claim 1, wherein high-frequency noise included in output of a laser beam is reduced.
【請求項12】 請求項3〜11のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記気密カバー内の圧力が外気圧よ
り低いことを特徴とする固体レーザ装置。
12. The solid-state laser device according to claim 3, wherein a pressure in the airtight cover is lower than an external pressure.
【請求項13】 請求項4〜12のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記出力波長の変動幅は前記レーザ
共振器のFSR(=λ2 /2Lcavity、ただしλは波長
であり、Lcavityはレーザ共振器長である。)の値より
小さいことを特徴とする固体レーザ装置。
13. The solid-state laser device according to claim 4, wherein the variation range of the output wavelength is an FSR of the laser resonator (= λ 2 / 2L cavity , where λ is a wavelength, and L wherein the cavity is the length of the laser cavity .).
【請求項14】 請求項1〜13のいずれかに記載の固体レ
ーザ装置において、前記出力波長の変動幅が0.0015 nm
の範囲内であることを特徴とする固体レーザ装置。
14. The solid-state laser device according to claim 1, wherein a fluctuation width of the output wavelength is 0.0015 nm.
A solid-state laser device, wherein
【請求項15】 請求項14に記載の固体レーザ装置におい
て、前記出力波長の変動幅が0.001 nmの範囲内であるこ
とを特徴とする固体レーザ装置。
15. The solid-state laser device according to claim 14, wherein a fluctuation width of the output wavelength is within a range of 0.001 nm.
【請求項16】 (a) 励起光を発する半導体レーザ、(b)
一対のミラーと、前記励起光を受けて基本波を発する固
体レーザ結晶と、波長選択素子と、前記基本波を受けて
第2高調波レーザ光を発する波長変換素子とを有するレ
ーザ共振器、(c) 前記励起光を前記固体レーザ結晶へ集
光するために前記半導体レーザと前記レーザ共振器の間
に配置した集光光学系、(d) 前記レーザ共振器中の全て
の部品を支持するベース部品、(e) 前記ベース部品の底
面に固定された温度制御手段、(f) 前記温度制御手段の
底面に固定されているとともに、前記固体レーザ装置の
ケースの底板に支持されたヒートシンク、及び(g) 前記
レーザ共振器と、前記ベース部品と、前記温度制御手段
と、前記ヒートシンクとを包囲する気密カバーであっ
て、前記固体レーザ装置の前記底板に気密状態で固着さ
れており、もってその中の圧力を実質的に一定に保つこ
とにより前記レーザ共振器のレーザ光路中の空気の屈折
率を実質的に一定に維持する気密カバーを有することを
特徴とする固体レーザ装置。
16. (a) a semiconductor laser emitting excitation light, (b)
A laser resonator including a pair of mirrors, a solid-state laser crystal that receives the excitation light and emits a fundamental wave, a wavelength selection element, and a wavelength conversion element that receives the fundamental wave and emits a second harmonic laser light, c) a focusing optical system arranged between the semiconductor laser and the laser resonator to focus the pumping light on the solid-state laser crystal, and (d) a base supporting all components in the laser resonator. Component, (e) temperature control means fixed to the bottom surface of the base component, (f) a heat sink fixed to the bottom surface of the temperature control means and supported by a bottom plate of a case of the solid-state laser device, and g) an airtight cover surrounding the laser resonator, the base component, the temperature control means, and the heat sink, the airtight cover being hermetically fixed to the bottom plate of the solid-state laser device, and of Solid-state laser apparatus characterized by having a substantially substantially airtight cover that maintains a constant refractive index of air in the laser beam path of the laser resonator by keeping constant the force.
JP11052464A 1998-07-13 1999-03-01 Solid-state laser device Pending JP2000082859A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013141735A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Ebara Corp Polishing device

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