JP2000133864A - Ld励起固体レーザ装置 - Google Patents

Ld励起固体レーザ装置

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JP2000133864A
JP2000133864A JP30725198A JP30725198A JP2000133864A JP 2000133864 A JP2000133864 A JP 2000133864A JP 30725198 A JP30725198 A JP 30725198A JP 30725198 A JP30725198 A JP 30725198A JP 2000133864 A JP2000133864 A JP 2000133864A
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laser
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resonator
solid
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JP30725198A
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Tomoshi Iriguchi
知史 入口
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ光の強度によらずエタロンの温
度が安定した、環境温度に強い低ノイズのLD励起固体
レーザ装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ1からのLD光17はコリ
メータレンズ2と集光レンズ3を介してレーザ媒質4を
励起し、レーザ媒質4の片端面aと球面ミラ−7の片端
面bとで形成された共振器で、レーザ媒質4で基本波が
発生し、共振器内に設けられた非線形結晶5で第2高調
波に変換されて、球面ミラー7から外部に発射する。そ
の出力の一部がビームスプリッタ11を介して検出器8
で捉えられ、フィードバック回路9を介して駆動電源1
0に入力され、半導体レーザ1の駆動電流を制御するこ
とでレーザ出力を一定にしている。前記共振器の非線形
結晶5と球面ミラー7との間にエタロン6を設け、その
片面にLD光17を反射する反射層12を施し、エタロ
ン6にLD光17が反射し、吸収されないようにして、
エタロン6の温度変化をなくし、主縦モード16の1本
で安定した低ノイズの出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを励
起光源として用いたSHG固体レーザ装置にエタロンを
共振器内に挿入した低ノイズ型の端面励起方式のLD励
起固体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】SHG(第2高調波発生)技術を応用し
た固体レーザは、結晶育成技術の開発により高品位結晶
が得られ、かつ励起に用いられる高出力半導体レーザ
(LD)の価格が低下していることなどから最近注目を
浴びている。LD励起固体レーザ装置は次の様な構成が
一般的である。高出力半導体レーザの出力光をレンズ系
を用いて、一旦レーザ結晶であるNd:YAGなどを励
起する。この励起によって発生した1064nmや94
6nmの基本波を、非線形光学結晶のSHGによって半
分の波長に変換し、その出力を取り出すものである。従
来のLD励起固体レーザ装置を図3に示す。LD励起固
体レーザ装置は、半導体レーザ1、コリメータレンズ
2、集光レンズ3、レーザ媒質(YAG)4、非線形結
晶(KN)5、エタロン6、出力用の球面ミラー7、ビ
ームスプリッタ11、検出器8、フィードバック回路
9、駆動用電源10から構成され、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
となった後集光レンズ3によって集光され、レーザ媒質
(YAG)4を励起する。レーザ媒質4の片端面aと、
球面ミラー7の片端面bとで共振器を形成しており、そ
の内側にレーザ媒質(YAG)4が配置されているので
レーザ発振を起こす。このとき同様に共振器内に配置さ
れた非線形結晶5中で高調波(SHG)が発生する。こ
のようにして波長変換された光が、球面ミラー7を通過
してレーザ装置の外部へ出力される。すなわち、レーザ
媒質4で発生した基本波をレーザ媒質4の片端面aと球
面ミラー7の片端面bとの間に閉じ込め、この基本波を
非線形結晶5で異なる波長のレーザ光(SHG)に変換
する。これと同時にレーザ出力の一部をビームスプリッ
タ11で取り出し、検出器8で検知し、フィードバック
回路9を介して駆動用電源10で出力パワーを制御(出
力安定機構APC)することによりレーザ出力を一定に
している。図3のような内部共振器を構成した装置でエ
タロン6を挿入しない場合、レーザ媒質4によるホール
バーニング効果により、図4に示すように、スペクトル
が同時に数本発振し、三角印で示した曲線(多縦モード
発振)の状態、つまり多波長のスペクトルが発振してい
る。基本波の縦モードが多モードになりSHG光のモー
ド競合が起こり、これがSHG光の出力を不安定にしノ
イズの原因となる。出力を安定化させるためには、モー
ドマッチング、周波数マッチングなどの条件を満足さ
せ、SHG光をシングルモードにする必要がある。その
ため図3に示すように、周波数マッチングについては、
共振器内に非線形結晶5と球面ミラー7の間に平行平面
基板のエタロン6などの波長選択光学素子を共振器内部
に配置することが行なわれている。図5に示すように平
行平面基板の多重反射によるエタロン6の作用によっ
て、エタロン6の透過率がスペクトル上でI、II、III
のところで高くなる(一点鎖線で示した曲線)。平行平
面基板(エタロン6)の厚みを適切に選択し(フリース
ペクトルレンジFSRを適切にする)透過ピークを多モ
ード発振の場合のスペクトルに重ねあわせることによ
り、縦モードがシングルとなる。この場合、Iの波長の
ところに発振した基本波の縦モードのみが透過し、透過
ピークの波長で発振することができる。II、IIIのとこ
ろではレーザの利得がないために発振することができな
い。黒点で示した曲線(エタロン挿入時スペクトル)の
みのシングルモード、つまり単一波長のスペクトルを発
振させることができ、モード競合を無くすることが可能
となる。このためレーザ光の出力が安定する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のLD励起固体レ
ーザ装置は以上のように構成されているが、出力の一部
をフィードバックさせて出力安定化機構(以下APCと
いう)で出力を安定化させている場合、図4に示すよう
に、半導体レーザ1から放出するレーザ光がエタロン6
に照射され、吸収されると、そのレーザ光によりエタロ
ン6の温度がT1からT2に変化する。温度の変化によ
りエタロン6の厚みが変化して、図6に示すように、エ
タロン6の多重反射による透過ピークがA−A’、B−
B’、C−C’のようにシフトする。そのフリースペク
トルレンジ(以下FSRという)の波長換算は、λFS
R=波長/(2×エタロンの屈折率×エタロンの厚
み)に従い、図7に示すように、FSR上に中央の主縦
モード16から離れた場所に、異なる縦モード15が発
振し、ノイズが発生するという問題があった。そのため
温度の変化に対して影響を受け難いエタロン6を選定す
る必要があり、さらにエタロン6の厚みが数百nmと厳
しい条件が付け加わる。また、エタロン6の透過率の低
下(または増加)が生じて、半導体レーザ光を増加(ま
たは減少)させ、APCの出力が減少(または増加)する
といった現象が生じて、出力が不安定になりAPC機構
の不良を起こすという問題があった。また、エタロン6
に温調を施しても急激な半導体レーザ1のレーザ光の変
化には対応できず、エタロン6の温度が不安定になりノ
イズが発生す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、半導体レーザ1から放出するレーザ光
が、エタロン6に照射されても、エタロン6の温度上昇
がなく、厚みも変化せず、主縦モード16の一本みで、
安定したAPC機構でノイズが発生しないLD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、本発明のLD励起固体レーザ装置は、半導体レーザ
からの出力光により固体レーザ媒質を励起するととも
に、固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学素子
を設け、固体レーザ媒質から誘導放出される基本波の第
2高調波を出力ミラーを介して外部に出力するように構
成され、上記光共振器内にエタロンが挿入されたレーザ
装置において、エタロンおよびそのホルダーに半導体レ
ーザ光が反射するように処理を施したものである。
【0006】本発明のLD励起固体レーザ装置は上記の
ように構成されており、エタロンおよびそのホルダーに
半導体レーザ光が反射するように処理が施されているの
で、レーザ光がエタロン6に照射されても、反射してエ
タロン6の温度上昇がなく、したがって厚みも変化せ
ず、安定したAPC機構で、容易に温調もでき、ノイズ
が発生しない。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のLD励起固体レーザ装置
の一実施例を図1を参照しながら説明する。本装置は励
起用半導体レーザ1、コリメータレンズ2、集光レンズ
3、固体のレーザ媒質4(Nd:YAG結晶で片端面a
に反射処理を施す)、非線形結晶5(KNbO
晶)、球面ミラー7(片端面bに反射処理を施す)、反
射層12を有したエタロン6、ビームスプリッタ11、
検出器8、フィードバック回路9、駆動用電源10から
構成されている。半導体レーザ1から発したLD光17
がコリメータレンズ2によって平行光線となった後、集
光レンズ3によって集光され固体のレーザ媒質4を励起
する。固体のレーザ媒質4の片端面aと球面ミラ−7の
片端面bとで共振器を形成しており、その内側に固体の
レーザ媒質4が配置されているのでレーザ発振を起こ
す。固体のレーザ媒質4により基本波が発生し、共振器
内に配置された非線形結晶5中でこの基本波が高調波に
変換される。このようにして波長変換された光が、球面
ミラー7を通過してレーザ装置の外部へ出力される。こ
れと同時にレーザ出力の一部をビームスプリッタ11で
取り出し、検出器8で検知し、フィードバック回路9を
介して駆動用電源10で出力パワーを制御(出力安定機
構APC)している。固体のレーザ媒質4の端面aに
も、球面ミラー7の端面bにも基本波を反射する膜がコ
ーティングされており、この端面a端面bの間に基本波
を閉じ込め、この基本波が非線形結晶5で異なる波長に
変換されて、波長変換された光だけが球面ミラー7を通
してレーザ装置の外部へ取り出される。この場合、非線
形結晶5と球面ミラー7の間に平行平面基板のエタロン
6が共振器内部に配置されている。このエタロン6の片
面に、半導体レーザ1のLD光17(レーザ光)を反射
させることができる反射層12の処理が施されている。
したがって、半導体レーザ1からのLD光17はこの反
射層12で反射され、エタロン6の内部に吸収されるこ
とがなく、エタロン6の温度を変化させることがない。
エタロン6の片面に施された反射層12は、エタロン6
だけでなくエタロン6を保持するホルダー(図示せず)
の表面にも反射層12を施す。このようにLD光17を
反射するような処理を、エタロン6の片面に施すこと
で、出力安定機構APCによりLD光17の強度が変化
しても、エタロン6の温度が変化せずに安定することに
なり、その結果、エタロン6の厚みが変化することがな
くなるため、安定した一本の第2高調波のみの発振で、
低ノイズレーザとなる。
【0008】上記の実施例ではエタロン6の片面に反射
層12を施すようにしたが、反射層12をエタロン6に
施す替わりに、図2に示すように、非線形結晶5とエタ
ロン6との間に、ピンホール板13を設けて、半導体レ
ーザ1からのLD光17を、このピンホール板13で周
辺部のLD光17を反射させても良い。
【0009】次に本発明のLD励起固体レーザ装置の他
の実施例を、図2を参照しながら説明する。本装置は上
記の実施例(図1)のエタロン6の片面に反射層12の
処理をしないもので、その替わりに共振器内に非線型結
晶5とエタロン6の間にピンホール板13を設けたもの
である。本装置は励起用半導体レーザ1、コリメータレ
ンズ2、集光レンズ3、固体のレーザ媒質4、非線形結
晶5、球面ミラー7、エタロン6、ピンホール板13、
ビームスプリッタ11、検出器8、フィードバック回路
9、駆動用電源10から構成されている。レーザ発振の
基本的な動作については上記の実施例(図1)と同様で
あるが、この場合、共振器内の非線形結晶5と平行平面
基板のエタロン6との間に、LD光17がエタロン6、
そのホルダに照射しないようにするピンホール板13が
設けられている。このためLD光17の強度が変化して
も、エタロン6の温度は変化することなく、厚みの変化
がないため、異なる縦モード15が発振しない。したが
って、モード競合による出力の不安定性、ノイズをなく
することが可能となり、安定したレーザ出力を得ること
ができる。
【0010】
【発明の効果】本発明のLD励起固体レーザ装置は上記
のように構成されており、エタロンおよびそのホルダー
に半導体レーザ光が反射するように処理が施されている
ので、レーザ光がエタロンに照射されても、反射してエ
タロンの温度が安定し、したがって厚みも変化せず、安
定したAPC機構で、容易に温調もでき、ノイズが発生
しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のLD励起固体レーザ装置の一実施例
を示す図である。
【図2】 本発明のLD励起固体レーザ装置の他の実施
例を示す図である。
【図3】 従来のLD励起固体レーザ装置を示す図であ
る。
【図4】 従来のLD励起固体レーザ装置の温度が高い
状態を示す図である。
【図5】 エタロンの多重反射効果、多縦モード、シン
グル縦モードを示す図である。
【図6】 エタロンの温度に対する透過ピークシフトを
示す図である。
【図7】 エタロン温度が変化した場合のスペクトル変
化を示す図である。
【符号の説明】
1…半導体レーザ 2…コリメータ
レンズ 3…集光レンズ 4…レーザ媒質 5…非線形結晶 6…エタロン 7…球面ミラー 8…検出器 9…フィードバック回路 10…駆動用電源 11…ビームスプリッタ 12…反射層 13…ピンホール板 14…第2高調
波 15…異なる縦モード 16…主縦モー
ド 17…LD光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザからの出力光により固体レー
    ザ媒質を励起するとともに、固体レーザ媒質を含む光共
    振器内に非線形光学素子を設け、固体レーザ媒質から誘
    導放出される基本波の第2高調波を出力ミラーを介して
    外部に出力するように構成され、上記光共振器内にエタ
    ロンが挿入されたレーザ装置において、エタロンおよび
    そのホルダーに半導体レーザ光が反射するように処理を
    施したことを特徴とするLD励起固体レーザ装置。
JP30725198A 1998-10-28 1998-10-28 Ld励起固体レーザ装置 Pending JP2000133864A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101096906B1 (ko) * 2005-06-22 2011-12-22 엘지전자 주식회사 고조파 레이저 발생 장치 및 그 구동 방법
JP2019160977A (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 国立研究開発法人理化学研究所 パルス電磁波発生装置および計測装置

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