JP2000252553A

JP2000252553A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2000252553A
Application number: JP5103899A
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: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】外気温度変化や外気の流れにより、共振器内の
空気や光学素子の屈折率が変化してレーザ出力が不安定
になることを防止した半導体レーザ励起固体レーザ装置
を提供する。【解決手段】波長８０９ｎｍ半導体レーザ光に対して高
透過率になるよう両面をコーティングした光透過窓２４
と、共振器１８からのＳＨＧ出力光に対して高透過率に
なるよう両面をコーティングした光透過窓２５を備えた
密閉構造のチャンバ２６内に共振器１８を収容すること
により、外気温度変化や外気の流れによる共振器１８内
への影響を遮断することができ、レーザ出力光の安定性
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（以
下、固体レーザ装置と称す）は、光共振器内に置かれた
固体レーザ媒質（例えばＹＡＧ結晶等）に、半導体レー
ザの励起源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及び非線形光学結晶のＳＨＧ（Ｓｅ
ｃｏｎｄＨａｒｍｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
素子を励起することによって光共振器（以下、共振器と
称す）内でレーザ発振を引き起こさせる方式の固体レー
ザ装置である。

【０００３】従来の固体レーザ装置は図４に示すよう
に、励起光を出力するための半導体レーザ（ＬＤ）１
と、励起光を集光するための励起光結合系を形成するレ
ンズ２、３と、固体レーザ媒質４、ＳＨＧ素子５及び出
力ミラー６からなる基本波及び第２高調波レーザ光を発
生させる共振器１８と、この共振器１８を温度制御する
ために用いられる温度モニタライン１０、例えばペルチ
ェ素子（ＴＥＣ）のような温度制御素子９を駆動するた
めのＴＥＣ駆動ライン１１及び共振器温度調節器１７
と、ビームスプリッター７、フォトダイオード８、ブル
ーレーザ光モニタライン１２及びＬＤドライバ１６から
なりＳＨＧ波を一定に保持する後述のＡＰＣ（Ａｕｔｏ
ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）機構１９から構成され
ている。

【０００４】そして、このような半導体レーザ励起方式
の固体レーザ装置において、共振器１８は他の光学部品
と共に非密閉構造のハウジングケース２７に収納されて
使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は上記のように構成されているが、共振器１８が単に非
密閉構造のハウジングケースに収納されているだけであ
るため、外気温度変化や外気の流れが共振器１８に空気
の揺らぎや熱擾乱の影響を与え、空気や光学素子の屈折
率が変化し、これがレーザ出力の不安定要因となる。例
えば、共振器長が約２０ｍｍ、屈折率１．５の共振器を
使用する場合、図５に示すようなレーザ出力光における
透過ピークの周波数間隔、すなわち縦モード間隔はおよ
そ５ＧHzであるが、この周波数間隔は波長９４６ｎｍな
るレーザ光に対しては、０．０１５ｎｍなる波長間隔に
相当する。

【０００６】一方、共振器周辺の空気が室温付近で１℃
変化すると、波長９４６ｎｍのレーザ光であれば、０．
００１ｎｍに相当する波長の揺らぎを発生する。図２の
左部分はこのような半導体レーザ励起固体レーザ装置を
ほぼ環境温度一定の室内に放置した場合のＳＨＧレーザ
光の出力特性を示したものであるが、図のようにランダ
ムに出力強度が変化する不安定現象が現れる。このよう
な不安定現象は不規則かつ突発的に起こるためにＡＰＣ
制御を行なっていても、レーザ出力の不安定性を除去す
ることができないという問題があった。また、共振器１
８が外気に対して非密閉構造であるため、外気中に含ま
れる粉塵が共振器１８内の光学部品に付着し、これがレ
ーザ出力の低下をもたらす要因になりやすいという問題
があった。

【０００７】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、外気温度変化や外気の流れの影響を除
去し、また、外気中に含まれる粉じんによるレーザ出力
の低下を起こさない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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、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
光学結晶を収容して、上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、光共振器を密閉構造として、外気と遮断
したことを特徴とする。

【０００９】さらに、請求項２の発明は、請求項１記載
の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、光共振器
全体を一定温度に保つ機構を設けたことを特徴とする。
本発明の固体レーザ装置は上記のように構成されてお
り、外気温度変化や外気の流れによる共振器への影響や
外気中に含まれる粉塵によるレーザ出力の低下を防止す
ることができ、レーザ出力の不安定要因を除くことがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の固体レーザ装置の一実施
例を図１の構成図に基づき説明する。本装置は、励起光
を出力するための半導体レーザ（ＬＤ）１と、励起光を
集光するための励起光結合系を形成するレンズ２、３
と、固体レーザ媒質４、ＳＨＧ素子５及び出力ミラー６
からなる基本波及び第２高調波（ＳＨＧ）レーザ光を発
生させる共振器１８と、この共振器１８を温度制御する
ための温度モニタライン１０、温度制御素子（例えばペ
ルチェ素子）９を駆動するためのＴＥＣ駆動ライン１１
及び共振器温度調節器１７と、ビームスプリッター７、
フォトダイオード８、ブルーレーザ光モニタライン１２
及びＬＤドライバ１６からなりＳＨＧ波を一定に保持す
るためのＡＰＣ機構１９から構成されている。

【００１１】前記共振器１８はＬＤ励起光を透過させる
ための光透過窓２４とＳＨＧレーザ光を透過させるため
の光透過窓２５を一体とした密閉型チャンバ２６内に収
容され、チャンバ２６外の空気の流れや熱擾乱から遮断
されている。光透過窓２４は光の屈折により光軸がずれ
ないようにするため、平行光線が通過するレンズ２と３
の間に設置され、その両面は波長８０９ｎｍなるＬＤ励
起光に対して高透過率となる誘電体膜がコーティングさ
れている。また、光透過窓２５はＳＨＧレーザ出力光側
に配置され、その両面はＳＨＧレーザ出力光に対して高
透過率となる誘電体膜がコーティングされている。

【００１２】一方、共振器１８内の固体レーザ媒質４に
はＮｄ：ＹＡＧ結晶、ＳＨＧ素子５にはＫｎｂＯ_３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４
ａ及び出力ミラー６の凹面には９４６ｎｍの基本波並び
にその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。

【００１３】この固体レーザ装置では、半導体レーザ１
から発生した励起光がレンズ２によって平行光線とされ
た後、光透過窓２４を透過しレンズ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、その励起光入射端面４ａと出力ミラー６からなる
共振器１８内に配置されており、レーザ発振を起こす。
このとき、同様に共振器１８内に配置されたＳＨＧ素子
５中において第２高調波が発生し、Ｎｄ：ＹＡＧ９４６
ｎｍレーザ光の第２高調波である４７３ｎｍのブルーレ
ーザ光（ＳＨＧ光）を発振させる。これにより波長変換
が行われ、短波長化したブルーレーザ光が出力ミラー６
及び光透過窓２５を通過して外部へ出力される。

【００１４】一方、このブルーレーザ光は前記ＡＰＣ機
構１９のビームスプリッター７によって実際のブルーレ
ーザ光とモニタ用レーザ光に分離され、モニタ用レーザ
光はフォトダイオード８に導かれてその強度が検出され
る。この検出された強度信号は、半導体レーザ１の励起
光強度を調節するための駆動電流を出力するＬＤドライ
バ１６にフィードバックされ、ブルーレーザ光強度が一
定値になるようＬＤドライバからの駆動電流が制御され
る。

【００１５】図２は共振器１８の構造が密閉型と非密閉
型の違いによって外部環境に対する出力特性の影響を明
らかにするため、ＡＰＣ機構を作動させずに出力特性を
測定したものであるが、非密閉型に比し密閉型の出力特
性の安定性が著しく向上している。

【００１６】図３は、本発明の固体レーザ装置の他の実
施例を示す構成図である。図において、チャンバ２６に
は熱伝導のよい金属（例えばアルミニュウム）または金
属化合物を用い、温度制御素子９をチャンバ２６に密着
させることにより共振器全体を一定温度に制御してい
る。この結果、共振器１８内部を広い温度範囲にわたっ
て均一温度に保つことができ、レーザ出力光の安定度を
さらに向上させることができる。なお、前記光透過窓２
４、２５の配置場所については、本実施例に限定される
ものではなく、共振器１８寄りに変えることも可能であ
る。

【００１７】

【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、共振器部を密閉構造
とすることによって、外気温度変化や外気の流れが共振
器内の光学素子の特性に与える影響を排除することがで
き、レーザ出力の安定性を向上させることができる。ま
た、密閉構造により、外気中に含まれる粉塵が共振器内
に混入し光学素子に付着し、レーザ出力の低下をもたら
す要因を排除することができる。さらに、共振器部を密
閉構造とし、かつ共振器部全体を一定温度に保持する機
構を設けることにより、環境温度の広い範囲にわたって
レーザ出力の安定性を向上させることができる。

【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実
施例を示す構成図である。

【図２】従来及び本発明の半導体レーザ励起固体レーザ
装置の出力特性比較図である。

【図３】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図４】従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置を示す
構成図である。

【図５】半導体レーザ励起固体レーザ装置のレーザ出力
光の透過ピークを示す周波数特性図である。

【符号の説明】

１・・・半導体レーザ（ＬＤ）２、３・・・レンズ４・・・固体レーザ媒質４ａ・・・励起光入射端面５・・・ＳＨＧ素子６・・・出力ミラー７・・・ビームスプリッター８・・・フォトダイオード９・・・温度制御素子１０、１４・・・温度モニタライン１１、１５・・・ＴＥＣ駆動ライン１２・・・ブルーレーザー出力モニタライン１３・・・ＬＤ駆動ライン１６・・・ＬＤドライバ１７・・・共振器温度調節器１８・・・共振器１９・・・ＡＰＣ機構２４、２５・・・光透過窓２６・・・チャンバ２７・・・ハウジングケース

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 AB13 JJ05 KK06 KK12 KK15 KK16 KK21 KK26 KK30 PP07 QQ02 TT05 TT16 TT28

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を
収容して、上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、前記光共振器を密閉構造に構成し、外気と遮断した
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】光共振器の全体を一定温度に保つ温度調節
機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置。