JP2000315833A - 単一縦モード固体レーザー - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好で安定した単一縦モード性、良好なビー
ムプロファイル、高出力の３点を全て満足する発振波長
１μｍ帯の固体レーザーを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒質13の端面13ａと共振器
ミラー14のミラー面14ａとで構成される共振器内に、フ
ァブリー・ペロー型のエタロン17を挿入して発振モード
を単一縦モード化する。そして、エタロン17の共振波長
λO から共振器縦モード間隔Δλｃ分だけずれた波長λ
＝λO ±Δλｃにおけるエタロン17の実効反射率をＲN
とし、共振器光軸に対するエタロン光軸の傾きをθとし
たとき、1.2％≦ＲN ≦15％ かつ 0.5°≦θ≦2.0°の
関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、エ
タロン傾き、および共振器縦モード間隔を調整する。
ムプロファイル、高出力の３点を全て満足する発振波長
１μｍ帯の固体レーザーを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒質13の端面13ａと共振器
ミラー14のミラー面14ａとで構成される共振器内に、フ
ァブリー・ペロー型のエタロン17を挿入して発振モード
を単一縦モード化する。そして、エタロン17の共振波長
λO から共振器縦モード間隔Δλｃ分だけずれた波長λ
＝λO ±Δλｃにおけるエタロン17の実効反射率をＲN
とし、共振器光軸に対するエタロン光軸の傾きをθとし
たとき、1.2％≦ＲN ≦15％ かつ 0.5°≦θ≦2.0°の
関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、エ
タロン傾き、および共振器縦モード間隔を調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体レーザーに関
し、特に詳細には、共振器内にエタロンを配して発振モ
ードを単一縦モード化する固体レーザーに関するもので
ある。
し、特に詳細には、共振器内にエタロンを配して発振モ
ードを単一縦モード化する固体レーザーに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12 ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（ＹＬｉ
Ｆ4 ）、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡｌＯ（ＹＡｌＯ
3 ）、Ｎｄ：glass 等、ネオジウム（Ｎｄ）がドープさ
れた固体レーザー媒質を用いて、 １μｍ帯（概ね１．
０μｍ〜１．１μｍ）の波長で発振する固体レーザーが
種々提供されている。この種のレーザーにおいては、例
えば特開平5-218556号公報、同6-130328号公報、特願平
5-289082号明細書等に示されるように、共振器内にファ
ブリー・ペロー型エタロン（本明細書における「エタロ
ン」は、すべてこのファブリー・ペロー型エタロンを指
すものである）を配して発振モードを単一縦モード化す
ることも広く行なわれている。
Ｇ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12 ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（ＹＬｉ
Ｆ4 ）、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡｌＯ（ＹＡｌＯ
3 ）、Ｎｄ：glass 等、ネオジウム（Ｎｄ）がドープさ
れた固体レーザー媒質を用いて、 １μｍ帯（概ね１．
０μｍ〜１．１μｍ）の波長で発振する固体レーザーが
種々提供されている。この種のレーザーにおいては、例
えば特開平5-218556号公報、同6-130328号公報、特願平
5-289082号明細書等に示されるように、共振器内にファ
ブリー・ペロー型エタロン（本明細書における「エタロ
ン」は、すべてこのファブリー・ペロー型エタロンを指
すものである）を配して発振モードを単一縦モード化す
ることも広く行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにエ
タロンを用いて単一縦モード化を図る従来の単一縦モー
ド固体レーザーにおいては、良好な単一縦モード性が得
られるエタロンの条件（すなわちエタロン厚さ、エタロ
ン反射率、エタロン傾き）および共振器の条件（縦モー
ド間隔）が不明であったので、ある共振器内に配されて
良好な単一縦モード性を実現するエタロンをそのまま別
の共振器に使用しても、不十分な単一縦モード性しか得
られない、といった問題が生じていた。
タロンを用いて単一縦モード化を図る従来の単一縦モー
ド固体レーザーにおいては、良好な単一縦モード性が得
られるエタロンの条件（すなわちエタロン厚さ、エタロ
ン反射率、エタロン傾き）および共振器の条件（縦モー
ド間隔）が不明であったので、ある共振器内に配されて
良好な単一縦モード性を実現するエタロンをそのまま別
の共振器に使用しても、不十分な単一縦モード性しか得
られない、といった問題が生じていた。
【０００４】また、エタロンにより良好な単一縦モード
性を得ても、その一方でビームプロファイルが悪化した
り、出力が低下することがあり、単一縦モード性、ビー
ムプロファイル、出力の３点を同時に満足させるよう
な、エタロンおよび共振器の条件は明らかになっていな
かった。
性を得ても、その一方でビームプロファイルが悪化した
り、出力が低下することがあり、単一縦モード性、ビー
ムプロファイル、出力の３点を同時に満足させるよう
な、エタロンおよび共振器の条件は明らかになっていな
かった。
【０００５】本発明者等の研究によると、エタロン厚
さ、エタロン反射率、エタロン傾きのそれぞれを大きく
すると単一縦モード性は良化するが、ビームプロファイ
ルが悪化し、出力も低下する。反対にエタロン厚さ、エ
タロン反射率、エタロン傾きのそれぞれを小さくすると
ビームプロファイル、出力は良化するが、単一縦モード
性が悪化する。
さ、エタロン反射率、エタロン傾きのそれぞれを大きく
すると単一縦モード性は良化するが、ビームプロファイ
ルが悪化し、出力も低下する。反対にエタロン厚さ、エ
タロン反射率、エタロン傾きのそれぞれを小さくすると
ビームプロファイル、出力は良化するが、単一縦モード
性が悪化する。
【０００６】他方、共振器長を大きくする（つまり共振
器縦モード間隔を小さくする）と単一縦モード性は悪化
し、反対に共振器長を短くすると単一縦モード性は良化
するが、ビームプロファイルおよび出力はさほど共振器
長の影響を受けない。
器縦モード間隔を小さくする）と単一縦モード性は悪化
し、反対に共振器長を短くすると単一縦モード性は良化
するが、ビームプロファイルおよび出力はさほど共振器
長の影響を受けない。
【０００７】本発明者は、特開平8-186316号公報に示さ
れるように、固体レーザー媒質として特にＮｄ：ＹＡＧ
を用いて 0.9μｍ帯で発振する固体レーザーについて
は、良好で安定した単一縦モード性、良好なビームプロ
ファイル、高出力の３点が全て得られるエタロンの条件
を既に見出している。しかし、前述のように１μｍ帯で
発振する固体レーザーについては、そのようなエタロン
の条件は未だ解明されていない。
れるように、固体レーザー媒質として特にＮｄ：ＹＡＧ
を用いて 0.9μｍ帯で発振する固体レーザーについて
は、良好で安定した単一縦モード性、良好なビームプロ
ファイル、高出力の３点が全て得られるエタロンの条件
を既に見出している。しかし、前述のように１μｍ帯で
発振する固体レーザーについては、そのようなエタロン
の条件は未だ解明されていない。
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みて、良好で安定
した単一縦モード性、良好なビームプロファイル、高出
力の３点が全て得られる１μｍ帯の単一縦モード固体レ
ーザーを提供することを目的とするものである。
した単一縦モード性、良好なビームプロファイル、高出
力の３点が全て得られる１μｍ帯の単一縦モード固体レ
ーザーを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による単一縦モー
ド固体レーザーは、前述したようにＮｄが添加された固
体レーザー媒質を用いて１μｍ帯で発振し、共振器内に
配置されたファブリー・ペロー型エタロンにより発振モ
ードを単一縦モード化する単一縦モード固体レーザーに
おいて、エタロンの共振波長λO から共振器縦モード間
隔Δλｃ分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃにおけるエ
タロンの実効反射率をＲN 、共振器光軸に対するエタロ
ン光軸の傾きをθとしたとき、 1.2％≦ＲN ≦15％ かつ 0.5°≦θ≦2.0° の関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、
エタロン傾き、および共振器縦モード間隔が調整されて
いることを特徴とするものである。
ド固体レーザーは、前述したようにＮｄが添加された固
体レーザー媒質を用いて１μｍ帯で発振し、共振器内に
配置されたファブリー・ペロー型エタロンにより発振モ
ードを単一縦モード化する単一縦モード固体レーザーに
おいて、エタロンの共振波長λO から共振器縦モード間
隔Δλｃ分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃにおけるエ
タロンの実効反射率をＲN 、共振器光軸に対するエタロ
ン光軸の傾きをθとしたとき、 1.2％≦ＲN ≦15％ かつ 0.5°≦θ≦2.0° の関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、
エタロン傾き、および共振器縦モード間隔が調整されて
いることを特徴とするものである。
【００１０】なおこれらのエタロン厚さ、エタロン反射
率、エタロン傾き、および共振器縦モード間隔は、 3.0％≦ＲN ≦10％ かつ 0.8°≦θ≦ 1.5° の関係を満たすように調整されるとさらに好ましい。
率、エタロン傾き、および共振器縦モード間隔は、 3.0％≦ＲN ≦10％ かつ 0.8°≦θ≦ 1.5° の関係を満たすように調整されるとさらに好ましい。
【００１１】
【発明の効果】ファブリー・ペロー型エタロンは、光の
多重干渉を利用した波長選択素子であり、その実効反射
率Ｒeff の波長特性は、図３に曲線ａで示すようなもの
となる。図示の通りこの実効反射率Ｒeff は周期的に変
化し、波長間隔Δλｅ（ＦＳＲ：Free Spectral Range
）毎にＲeff ＝０となるところにエタロン縦モードが
存在することになる。
多重干渉を利用した波長選択素子であり、その実効反射
率Ｒeff の波長特性は、図３に曲線ａで示すようなもの
となる。図示の通りこの実効反射率Ｒeff は周期的に変
化し、波長間隔Δλｅ（ＦＳＲ：Free Spectral Range
）毎にＲeff ＝０となるところにエタロン縦モードが
存在することになる。
【００１２】一方、同図に曲線ｂで示すのは固体レーザ
ー媒質のゲインスペクトルである。一般に共振器縦モー
ドは、このゲインスペクトル中の発振可能な波長幅Ｗ内
に複数存在するので、エタロンが用いられなければレー
ザーは多重縦モード発振する。それに対して共振器内に
エタロンが挿入されると、エタロンの実効反射率Ｒeff
により、共振器の各縦モードが感じる損失が変調を受
け、上記波長幅Ｗ内に存在する複数の共振器縦モードの
うち、最も損失が低いものだけが発振する。
ー媒質のゲインスペクトルである。一般に共振器縦モー
ドは、このゲインスペクトル中の発振可能な波長幅Ｗ内
に複数存在するので、エタロンが用いられなければレー
ザーは多重縦モード発振する。それに対して共振器内に
エタロンが挿入されると、エタロンの実効反射率Ｒeff
により、共振器の各縦モードが感じる損失が変調を受
け、上記波長幅Ｗ内に存在する複数の共振器縦モードの
うち、最も損失が低いものだけが発振する。
【００１３】以上のようにしてエタロンにより単一縦モ
ード化がなされるが、従来は、エタロンの実効反射率Ｒ
eff による損失変調や、エタロンの傾きをどのようにす
れば、良好で安定した単一縦モード性、良好なビームプ
ロファイル、高出力の３点が全て満足されるのか不明で
あった。
ード化がなされるが、従来は、エタロンの実効反射率Ｒ
eff による損失変調や、エタロンの傾きをどのようにす
れば、良好で安定した単一縦モード性、良好なビームプ
ロファイル、高出力の３点が全て満足されるのか不明で
あった。
【００１４】本発明者等は、この点を明らかにすべく鋭
意研究した結果、エタロンの共振波長λO から共振器縦
モード間隔Δλｃ分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃに
おけるエタロンの実効反射率ＲN （図３参照）をある特
定の範囲に収めることにより適度な損失変調を与え、ま
たエタロンの傾きθもある特定の範囲に収めることによ
り、上記３点の要求が全て満足されることを見出した。
この実効反射率ＲN とエタロン光軸の傾きθの特定の範
囲は、前述した通り 1.2％≦ＲN ≦15％（より好ましく
は 3.0％≦ＲN ≦10％）、0.5°≦θ≦2.0°（より好ま
しくは 0.8°≦θ≦ 1.5°）である。
意研究した結果、エタロンの共振波長λO から共振器縦
モード間隔Δλｃ分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃに
おけるエタロンの実効反射率ＲN （図３参照）をある特
定の範囲に収めることにより適度な損失変調を与え、ま
たエタロンの傾きθもある特定の範囲に収めることによ
り、上記３点の要求が全て満足されることを見出した。
この実効反射率ＲN とエタロン光軸の傾きθの特定の範
囲は、前述した通り 1.2％≦ＲN ≦15％（より好ましく
は 3.0％≦ＲN ≦10％）、0.5°≦θ≦2.0°（より好ま
しくは 0.8°≦θ≦ 1.5°）である。
【００１５】ここで、上記エタロンの実効反射率ＲN の
求め方を説明する。まず、一般にエタロンの実効反射率
Ｒeff は、エアリーの公式（Airy’s Formulae ）よ
り、
求め方を説明する。まず、一般にエタロンの実効反射率
Ｒeff は、エアリーの公式（Airy’s Formulae ）よ
り、
【００１６】
【数１】
【００１７】となる。ここで Ｒ ：エタロンのコート反射率 ｎe ：エタロンの屈折率 ｌe ：エタロンの厚さ λ ：光の波長 である。
【００１８】またこのエタロンの縦モード間隔Δλｅ
は、発振波長をλO とすると、 Δλｅ＝λO 2 ／（２ｎe ｌe ） ……(2) である。
は、発振波長をλO とすると、 Δλｅ＝λO 2 ／（２ｎe ｌe ） ……(2) である。
【００１９】次に共振器縦モード間隔Δλｃを求める。
共振器内に屈折率ｎ1 、ｎ2 、ｎ3、ｎ4 、……の媒質
（空気も含む）が並んでいて、それらの厚さがそれぞれ
ｌ1、ｌ2 、ｌ3 、ｌ4 、……であるとすると、共振器
光路長Ｌopt は、
共振器内に屈折率ｎ1 、ｎ2 、ｎ3、ｎ4 、……の媒質
（空気も含む）が並んでいて、それらの厚さがそれぞれ
ｌ1、ｌ2 、ｌ3 、ｌ4 、……であるとすると、共振器
光路長Ｌopt は、
【００２０】
【数２】
【００２１】となり、共振器縦モード間隔Δλｃは、 Δλｃ＝λO 2 ／２Ｌopt ……(4) となる。
【００２２】以上の(1) 、(2) および(4) 式より、エタ
ロンの共振波長λO から共振器縦モード間隔Δλｃ分だ
けずれた波長λ＝λO ±Δλｃにおけるエタロンの実効
反射率ＲN は、一部近似を適用して、
ロンの共振波長λO から共振器縦モード間隔Δλｃ分だ
けずれた波長λ＝λO ±Δλｃにおけるエタロンの実効
反射率ＲN は、一部近似を適用して、
【００２３】
【数３】
【００２４】となる。
【００２５】次に、上に記した実効反射率ＲN とエタロ
ン光軸の傾きθの数値範囲の根拠について詳しく説明す
る。
ン光軸の傾きθの数値範囲の根拠について詳しく説明す
る。
【００２６】（ａ）単一縦モード性 ファブリー・ペロー型エタロンにより単一縦モード化を
図る固体レーザーにおいて、共振器温度を連続的に10°
Ｃ変化させ、そのうち単一縦モード発振する温度領域の
割合を％で表示し、これを単一縦モード性の指標とす
る。この指標は、エタロンの実効反射率ＲN と傾きθに
応じて、基本的に図４のように変化する。
図る固体レーザーにおいて、共振器温度を連続的に10°
Ｃ変化させ、そのうち単一縦モード発振する温度領域の
割合を％で表示し、これを単一縦モード性の指標とす
る。この指標は、エタロンの実効反射率ＲN と傾きθに
応じて、基本的に図４のように変化する。
【００２７】（ｂ）出力 ＡＲ（無反射）コートを施したエタロン（ＲN ＝０）を
θ≒０°で共振器内に挿入したときのレーザー出力を10
0 ％とし、それに対してエタロンの実効反射率ＲN と傾
きθを種々に変えた際のレーザー出力の比を調べた。こ
のレーザー出力の変化の様子を図５に示す。なおこの特
性は、共振器長を一定とした場合のものである。
θ≒０°で共振器内に挿入したときのレーザー出力を10
0 ％とし、それに対してエタロンの実効反射率ＲN と傾
きθを種々に変えた際のレーザー出力の比を調べた。こ
のレーザー出力の変化の様子を図５に示す。なおこの特
性は、共振器長を一定とした場合のものである。
【００２８】（ｃ）ビーム品質 ビーム品質をＭ2 値で示すと、その値はエタロンの実効
反射率ＲN と傾きθに応じて、基本的に図６のように変
化する。なおこの特性も、共振器長を一定とした場合の
ものである。
反射率ＲN と傾きθに応じて、基本的に図６のように変
化する。なおこの特性も、共振器長を一定とした場合の
ものである。
【００２９】上の図４、５および６の特性から、単一縦
モード性、出力およびビーム品質に関する任意の仕様に
対して、エタロンの実効反射率ＲN と傾きθをどのよう
な範囲内に設定すれば良いかが分かる。例えば、 単一縦モード性≧80％ 出力≧30％ Ｍ2 ≦1.2 のように比較的緩い仕様は、図７の斜線部の範囲にエタ
ロンの実効反射率ＲN および傾きθを設定すれば達成さ
れ、この場合は、 1.2％≦ＲN ≦15％でかつ0.5°≦θ
≦2.0°である。
モード性、出力およびビーム品質に関する任意の仕様に
対して、エタロンの実効反射率ＲN と傾きθをどのよう
な範囲内に設定すれば良いかが分かる。例えば、 単一縦モード性≧80％ 出力≧30％ Ｍ2 ≦1.2 のように比較的緩い仕様は、図７の斜線部の範囲にエタ
ロンの実効反射率ＲN および傾きθを設定すれば達成さ
れ、この場合は、 1.2％≦ＲN ≦15％でかつ0.5°≦θ
≦2.0°である。
【００３０】他方、例えば、 単一縦モード性≧100 ％ 出力≧50％ Ｍ2 ≦1.05 のように比較的厳しい仕様は、図８の斜線部の範囲にエ
タロンの実効反射率ＲＮと傾きθを設定すれば達成さ
れ、この場合は、 ３．０％≦ＲN ≦10％でかつ0.8°
≦θ≦ 1.5°である。
タロンの実効反射率ＲＮと傾きθを設定すれば達成さ
れ、この場合は、 ３．０％≦ＲN ≦10％でかつ0.8°
≦θ≦ 1.5°である。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態による単一縦モード固体レーザーを示すものである。
この単一縦モード固体レーザーは一例として半導体レー
ザー励起固体レーザーであり、励起光としてのレーザー
ビーム10を発する半導体レーザー11と、発散光である上
記レーザービーム10を収束させる集光レンズ12と、ネオ
ジウム（Ｎｄ）がドープされた固体レーザー媒質である
ＹＶＯ4 結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶）13と、このＮｄ：
ＹＶＯ4 結晶13の前方側（図中右方側）に配された共振
器ミラー14とを有している。
て本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態による単一縦モード固体レーザーを示すものである。
この単一縦モード固体レーザーは一例として半導体レー
ザー励起固体レーザーであり、励起光としてのレーザー
ビーム10を発する半導体レーザー11と、発散光である上
記レーザービーム10を収束させる集光レンズ12と、ネオ
ジウム（Ｎｄ）がドープされた固体レーザー媒質である
ＹＶＯ4 結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶）13と、このＮｄ：
ＹＶＯ4 結晶13の前方側（図中右方側）に配された共振
器ミラー14とを有している。
【００３２】また上記共振器ミラー14とＮｄ：ＹＶＯ4
結晶13との間には、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶13側から順に光
波長変換素子15、偏光制御素子16およびエタロン17が配
設されている。
結晶13との間には、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶13側から順に光
波長変換素子15、偏光制御素子16およびエタロン17が配
設されている。
【００３３】本例では、後述するようにＮｄ：ＹＶＯ4
結晶13および共振器ミラー14によって固体レーザーの共
振器が構成されており、それらと、共振器内に配された
各要素15、16および17は、例えば銅からなる共通の共振
器ホルダー18に保持されている。そしてこの共振器ホル
ダー18はペルチェ素子19の上に固定され、該ペルチェ素
子19と図示外の温度調節回路とによって、共振器内の温
度が所定値に制御される。
結晶13および共振器ミラー14によって固体レーザーの共
振器が構成されており、それらと、共振器内に配された
各要素15、16および17は、例えば銅からなる共通の共振
器ホルダー18に保持されている。そしてこの共振器ホル
ダー18はペルチェ素子19の上に固定され、該ペルチェ素
子19と図示外の温度調節回路とによって、共振器内の温
度が所定値に制御される。
【００３４】またペルチェ素子19の上には、ＡＰＣ（Au
tomatic Power Control ）ユニット20が固定されてい
る。このＡＰＣユニット20は、後述のようにして発生す
る波長532ｎｍの第２高調波31を一部分岐させるビーム
スプリッタ21と、この分岐された第２高調波31を検出す
るフォトダイオード等からなる光検出器22とを有してい
る。
tomatic Power Control ）ユニット20が固定されてい
る。このＡＰＣユニット20は、後述のようにして発生す
る波長532ｎｍの第２高調波31を一部分岐させるビーム
スプリッタ21と、この分岐された第２高調波31を検出す
るフォトダイオード等からなる光検出器22とを有してい
る。
【００３５】上記ペルチェ素子19は、その歪みを抑制す
る補強板として作用する金属板24を介して、密閉型のパ
ッケージ25内に固定されている。このパッケージ25に
は、それぞれ透明部材が嵌め込まれた励起光入射窓26お
よび第２高調波出射窓27が形成されている。
る補強板として作用する金属板24を介して、密閉型のパ
ッケージ25内に固定されている。このパッケージ25に
は、それぞれ透明部材が嵌め込まれた励起光入射窓26お
よび第２高調波出射窓27が形成されている。
【００３６】一方光波長変換素子15は、非線形光学材料
である、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶に周期
ドメイン反転構造が形成されてなるものである。また偏
光制御素子16は、ブリュースター角に配されたノンコー
ト石英ガラス板からなる。エタロン17は、両端面にコー
トが施された石英ガラス板からなる。また共振器ミラー
（出力ミラー）14は、一端面が凹面研磨され、両端面に
コートが施された石英ガラス板からなる。
である、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶に周期
ドメイン反転構造が形成されてなるものである。また偏
光制御素子16は、ブリュースター角に配されたノンコー
ト石英ガラス板からなる。エタロン17は、両端面にコー
トが施された石英ガラス板からなる。また共振器ミラー
（出力ミラー）14は、一端面が凹面研磨され、両端面に
コートが施された石英ガラス板からなる。
【００３７】半導体レーザー11としては、波長 809ｎｍ
のレーザービーム10を発するものが用いられている。Ｎ
ｄ：ＹＶＯ4 結晶13は入射したレーザービーム10によっ
てネオジウムイオンが励起されることにより、波長1064
ｎｍの光を発する。そして後述のようにＮｄ：ＹＶＯ4
結晶13および共振器ミラー14で構成された共振器により
レーザー発振が引き起こされて、波長1064ｎｍの固体レ
ーザービーム30が得られる。この固体レーザービーム30
は光波長変換素子15に入射して、波長が１／２つまり 5
32ｎｍの第２高調波31に変換される。
のレーザービーム10を発するものが用いられている。Ｎ
ｄ：ＹＶＯ4 結晶13は入射したレーザービーム10によっ
てネオジウムイオンが励起されることにより、波長1064
ｎｍの光を発する。そして後述のようにＮｄ：ＹＶＯ4
結晶13および共振器ミラー14で構成された共振器により
レーザー発振が引き起こされて、波長1064ｎｍの固体レ
ーザービーム30が得られる。この固体レーザービーム30
は光波長変換素子15に入射して、波長が１／２つまり 5
32ｎｍの第２高調波31に変換される。
【００３８】なお本実施形態では、ＡＰＣユニット20の
ビームスプリッタ21で一部分岐された第２高調波31の光
出力が光検出器22によって検出され、該光検出器22の出
力信号Ｓが図示外の半導体レーザー駆動回路に入力され
る。そしてこの半導体レーザー駆動回路が、上記出力信
号Ｓが一定になるように半導体レーザー11の駆動電流を
制御することにより、第２高調波31の出力が一定に保た
れる。
ビームスプリッタ21で一部分岐された第２高調波31の光
出力が光検出器22によって検出され、該光検出器22の出
力信号Ｓが図示外の半導体レーザー駆動回路に入力され
る。そしてこの半導体レーザー駆動回路が、上記出力信
号Ｓが一定になるように半導体レーザー11の駆動電流を
制御することにより、第２高調波31の出力が一定に保た
れる。
【００３９】ここで図２には、Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶13か
ら共振器ミラー14までの間の構成を拡大して示す。ここ
に示されるＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の両端面13ａおよび13
ｂ、光波長変換素子15の両端面15ａおよび15ｂ、エタロ
ン17の両端面17ａおよび17ｂ、そして共振器ミラー14の
両端面14ａおよび14ｂの上記波長 809ｎｍ、1064ｎｍ、
532ｎｍに対する反射率あるいは透過率は、適宜のコー
トを施すことにより、下記の（表１）の通りに調整され
ている。偏光制御素子16は両端面ともコート無しであ
る。
ら共振器ミラー14までの間の構成を拡大して示す。ここ
に示されるＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の両端面13ａおよび13
ｂ、光波長変換素子15の両端面15ａおよび15ｂ、エタロ
ン17の両端面17ａおよび17ｂ、そして共振器ミラー14の
両端面14ａおよび14ｂの上記波長 809ｎｍ、1064ｎｍ、
532ｎｍに対する反射率あるいは透過率は、適宜のコー
トを施すことにより、下記の（表１）の通りに調整され
ている。偏光制御素子16は両端面ともコート無しであ
る。
【００４０】なおこの（表１）中、％表示の数値は反射
率を示している。またＡＲは無反射コート、ＨＲは高反
射コートを示し、−はコート無しを示している。
率を示している。またＡＲは無反射コート、ＨＲは高反
射コートを示し、−はコート無しを示している。
【００４１】
【表１】
【００４２】上記の構成においては、波長1064ｎｍのレ
ーザービーム30がＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の端面13ａと共
振器ミラー14のミラー面14ａとの間で共振し、そして先
に詳しく説明した通りのエタロン17の作用により単一縦
モード化される。したがって第２高調波31も単一縦モー
ド化され、ほぼこの第２高調波31のみが共振器ミラー14
の光出射端面14ｂから出射する。
ーザービーム30がＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の端面13ａと共
振器ミラー14のミラー面14ａとの間で共振し、そして先
に詳しく説明した通りのエタロン17の作用により単一縦
モード化される。したがって第２高調波31も単一縦モー
ド化され、ほぼこの第２高調波31のみが共振器ミラー14
の光出射端面14ｂから出射する。
【００４３】本例において、共振器内に位置するＮｄ：
ＹＶＯ4 結晶13、光波長変換素子15、偏光制御素子16お
よびエタロン17の屈折率と厚さは、以下の（表２）の通
りである。また共振器長つまりＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の
端面13ａと共振器ミラー14のミラー面14ａとの間の距離
は 9.23ｍｍである。
ＹＶＯ4 結晶13、光波長変換素子15、偏光制御素子16お
よびエタロン17の屈折率と厚さは、以下の（表２）の通
りである。また共振器長つまりＮｄ：ＹＶＯ4 結晶13の
端面13ａと共振器ミラー14のミラー面14ａとの間の距離
は 9.23ｍｍである。
【００４４】
【表２】
【００４５】また、共振器内にある空気の屈折率を１と
すると、共振器光路長Ｌopt は前述の(3) 式よりＬopt
＝15.2ｍｍとなり、これを基に共振器縦モード間隔Δλ
ｃは(4) 式よりΔλｃ＝0.037 ｎｍとなる。またエタロ
ン縦モード間隔Δλｅは(2)式よりΔλｅ＝1.75 ｎｍと
なる。
すると、共振器光路長Ｌopt は前述の(3) 式よりＬopt
＝15.2ｍｍとなり、これを基に共振器縦モード間隔Δλ
ｃは(4) 式よりΔλｃ＝0.037 ｎｍとなる。またエタロ
ン縦モード間隔Δλｅは(2)式よりΔλｅ＝1.75 ｎｍと
なる。
【００４６】上記の各数値に基づくと、エタロン17の共
振波長λO （＝1064ｎｍ）から共振器縦モード間隔Δλ
ｃ（＝0.037 ｎｍ）分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃ
におけるエタロン17の実効反射率ＲN は、先の(5) 式よ
りＲN ＝6.27％となる。一方エタロン17は、その光軸が
共振器光軸に対してθ＝1.0 °傾くように配設されてい
る。以上の通り本実施形態では、前述した 1.2％≦ＲN
≦15％ かつ0.5°≦θ≦2.0°の関係が満足されてお
り、さらには、より好ましい3.0％≦ＲN ≦10％かつ0.8
°≦θ≦ 1.5°の関係も満足されている。
振波長λO （＝1064ｎｍ）から共振器縦モード間隔Δλ
ｃ（＝0.037 ｎｍ）分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃ
におけるエタロン17の実効反射率ＲN は、先の(5) 式よ
りＲN ＝6.27％となる。一方エタロン17は、その光軸が
共振器光軸に対してθ＝1.0 °傾くように配設されてい
る。以上の通り本実施形態では、前述した 1.2％≦ＲN
≦15％ かつ0.5°≦θ≦2.0°の関係が満足されてお
り、さらには、より好ましい3.0％≦ＲN ≦10％かつ0.8
°≦θ≦ 1.5°の関係も満足されている。
【００４７】以上の構成を有するこの単一縦モード固体
レーザーにおいては、半導体レーザー11の出力が２Ｗの
とき、安定に単一縦モード発振した出力 500ｍＷの第２
高調波31が得られた。またこの第２高調波31はＴＥＭ00
モードで、かつほぼ理想的なガウスビームであった。
レーザーにおいては、半導体レーザー11の出力が２Ｗの
とき、安定に単一縦モード発振した出力 500ｍＷの第２
高調波31が得られた。またこの第２高調波31はＴＥＭ00
モードで、かつほぼ理想的なガウスビームであった。
【００４８】以上、固体レーザー媒質としてＮｄ：ＹＶ
Ｏ4 結晶を用いた実施形態について説明したが、本発明
はそれ以外の固体レーザー媒質、例えばＮｄ：ＹＡＧ、
Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡｌＯ、Ｎ
ｄ：glass 等を用いる発振波長１μｍ帯の固体レーザー
に対しても同様に適用可能であり、そして同様の効果を
奏するものである。
Ｏ4 結晶を用いた実施形態について説明したが、本発明
はそれ以外の固体レーザー媒質、例えばＮｄ：ＹＡＧ、
Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡｌＯ、Ｎ
ｄ：glass 等を用いる発振波長１μｍ帯の固体レーザー
に対しても同様に適用可能であり、そして同様の効果を
奏するものである。
【００４９】また本発明は、発振ビームを光波長変換素
子によって第２高調波等に変換することはしない固体レ
ーザーに対しても同様に適用可能である。
子によって第２高調波等に変換することはしない固体レ
ーザーに対しても同様に適用可能である。
【図１】本発明の一実施形態による単一縦モード固体レ
ーザーを示す一部破断側面図
ーザーを示す一部破断側面図
【図２】上記単一縦モード固体レーザーの要部を拡大し
て示す側面図
て示す側面図
【図３】エタロンの実効反射率と、エタロン縦モード
と、共振器縦モードとの関係を示す説明図
と、共振器縦モードとの関係を示す説明図
【図４】固体レーザーの単一縦モード性が、エタロンの
実効反射率ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグ
ラフ
実効反射率ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグ
ラフ
【図５】固体レーザーの出力が、エタロンの実効反射率
ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグラフ
ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグラフ
【図６】固体レーザーのビーム品質が、エタロンの実効
反射率ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグラフ
反射率ＲN と傾きθに応じて変化する様子を示すグラフ
【図７】エタロンの実効反射率ＲN と傾きθの好ましい
範囲を示すグラフ
範囲を示すグラフ
【図８】エタロンの実効反射率ＲN と傾きθのさらに好
ましい範囲を示すグラフ
ましい範囲を示すグラフ
10 レーザービーム（励起光） 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶 14 共振器ミラー 15 光波長変換素子 16 偏光制御素子 17 エタロン 19 ペルチェ素子 20 ＡＰＣユニット 21 ビームスプリッタ 22 光検出器 30 固体レーザービーム 31 第２高調波
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｎｄが添加された固体レーザー媒質を用
いて１μｍ帯で発振し、共振器内に配置されたファブリ
ー・ペロー型エタロンにより発振モードを単一縦モード
化する単一縦モード固体レーザーにおいて、 エタロンの共振波長λO から共振器縦モード間隔Δλｃ
分だけずれた波長λ＝λO ±Δλｃにおけるエタロンの
実効反射率をＲN 、共振器光軸に対するエタロン光軸の
傾きをθとしたとき、 1.2％≦ＲN ≦15％ かつ 0.5°≦θ≦2.0° の関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、
エタロン傾き、および共振器縦モード間隔が調整されて
いることを特徴とする単一縦モード固体レーザー。 - 【請求項２】 前記実効反射率をＲN 、共振器光軸に対
するエタロン光軸の傾きをθとしたとき、 3.0％≦ＲN ≦10％ かつ 0.8°≦θ≦ 1.5° の関係を満たすようにエタロン厚さ、エタロン反射率、
エタロン傾き、および共振器縦モード間隔が調整されて
いることを特徴とする請求項１記載の単一縦モード固体
レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11123819A JP2000315833A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 単一縦モード固体レーザー |
| US09/987,051 US6584129B2 (en) | 1999-04-30 | 2001-11-13 | Single-longitudinal-mode solid laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11123819A JP2000315833A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 単一縦モード固体レーザー |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003366234A Division JP2004088125A (ja) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | 単一縦モード固体レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000315833A true JP2000315833A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14870144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11123819A Pending JP2000315833A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 単一縦モード固体レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6584129B2 (ja) |
| JP (1) | JP2000315833A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6836490B2 (en) * | 2001-09-20 | 2004-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
| US7289544B2 (en) | 2001-09-20 | 2007-10-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1265325A1 (en) * | 2001-06-08 | 2002-12-11 | Alcatel | Optical device with temperature insensitive etalon |
| JP2005085904A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Fujitsu Ltd | 波長ロッカ内蔵光モジュール |
| JP2006294880A (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Shimadzu Corp | 固体レーザ装置 |
| CN101228676B (zh) * | 2005-07-26 | 2011-12-07 | 株式会社岛津制作所 | 激发半导体激光的固体激光装置 |
| US7742509B2 (en) * | 2008-09-25 | 2010-06-22 | Photop Technologies | Single-longitudinal mode laser with orthogonal-polarization traveling-wave mode |
| US8213470B2 (en) | 2010-11-24 | 2012-07-03 | Photop Technologies, Inc. | Intra-cavity frequency doubled microchip laser operating in TEM00 transverse mode |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3739082A (en) * | 1972-02-29 | 1973-06-12 | Us Army | Ordered dither system |
| US4600919A (en) * | 1982-08-03 | 1986-07-15 | New York Institute Of Technology | Three dimensional animation |
| FR2615619B1 (fr) * | 1987-05-21 | 1991-07-19 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif d'imagerie tridimentionnelle a partir de mesures bidimensionnelles de l'attenuation d'un rayonnement |
| US5163126A (en) * | 1990-05-10 | 1992-11-10 | International Business Machines Corporation | Method for adaptively providing near phong grade shading for patterns in a graphics display system |
| JPH05218556A (ja) | 1992-02-04 | 1993-08-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体レーザー |
| JP2824884B2 (ja) | 1992-10-16 | 1998-11-18 | 富士写真フイルム株式会社 | 偏光制御素子および固体レーザー装置 |
| US5506860A (en) | 1993-11-18 | 1996-04-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Etalon and single-longitudinal-mode laser using the same |
| JP3321317B2 (ja) | 1993-11-18 | 2002-09-03 | 富士写真フイルム株式会社 | エタロン作製方法 |
| JP3222340B2 (ja) * | 1994-12-27 | 2001-10-29 | 富士写真フイルム株式会社 | 単一縦モードレーザー |
| JP3450073B2 (ja) * | 1994-12-28 | 2003-09-22 | 富士写真フイルム株式会社 | レーザーダイオード励起固体レーザーおよびその製造方法 |
| US5731819A (en) * | 1995-07-18 | 1998-03-24 | Softimage | Deformation of a graphic object to emphasize effects of motion |
| US5909218A (en) * | 1996-04-25 | 1999-06-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Transmitter-receiver of three-dimensional skeleton structure motions and method thereof |
| JPH104232A (ja) * | 1996-06-18 | 1998-01-06 | Fuji Photo Film Co Ltd | エタロンおよび単一縦モードレーザー |
| JPH10200177A (ja) * | 1997-01-16 | 1998-07-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | レーザーダイオード励起固体レーザー |
| US6057859A (en) * | 1997-03-31 | 2000-05-02 | Katrix, Inc. | Limb coordination system for interactive computer animation of articulated characters with blended motion data |
| US6167083A (en) * | 1997-04-04 | 2000-12-26 | Avid Technology, Inc. | Computer system and process for capture editing and playback of motion video compressed using interframe and intraframe techniques |
| US6208347B1 (en) * | 1997-06-23 | 2001-03-27 | Real-Time Geometry Corporation | System and method for computer modeling of 3D objects and 2D images by mesh constructions that incorporate non-spatial data such as color or texture |
| US6295305B1 (en) * | 1998-07-13 | 2001-09-25 | Hitachi Metals, Ltd. | Second harmonic, single-mode laser |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP11123819A patent/JP2000315833A/ja active Pending
-
2001
- 2001-11-13 US US09/987,051 patent/US6584129B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6836490B2 (en) * | 2001-09-20 | 2004-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
| US7289544B2 (en) | 2001-09-20 | 2007-10-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020048299A1 (en) | 2002-04-25 |
| US6584129B2 (en) | 2003-06-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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