JP2000357834A - Solid laser device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ装置に
係わり、特に、半導体励起固体レーザ装置の共振器の構
造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly, to a structure of a resonator of a semiconductor-pumped solid-state laser device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＳＨＧ（第二高調波発生）ブルーレーザ
（発振波長４７３ｎｍ）を利用した非線形光学結晶を備
えた従来の半導体励起固体レーザ装置を図２に示す。半
導体レーザＬＤ１からの励起光１１が、集光レンズ系２
の光学系によって、レーザ媒質３であるＮｄ：ＹＡＧ結
晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ）の端面近傍に集光され、レー
ザ媒質３を励起している。レーザ媒質３のＮｄ：ＹＡＧ
の片端面と出力ミラー４とで共振器を形成しており、そ
の内部に非線形光学結晶５であるＫＮｂＯ３結晶（以
下、ＫＮ）を設置し、Ｎｄ：ＹＡＧの基本波である発振
波長９４６ｎｍのＳＨＧである波長４７３ｎｍのブルー
レーザを発振させる。出力ミラー４の後段にはビームス
プリッタ４３とフォトダイオード４４が配置されてお
り、ビームスプリッタ４３で分けたブルー光をフォトダ
イオード４４でモニタし、ＬＤ駆動回路４５にフィード
バックをかけ、レーザ出力を一定に保つようにしてい
る。このレーザ共振器は、金属製の共振器ベース１４上
に構成されており、温度制御素子１５によって温度調整
が行われている。2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional semiconductor-pumped solid-state laser device equipped with a nonlinear optical crystal using an SHG (second harmonic generation) blue laser (oscillation wavelength: 473 nm). The excitation light 11 from the semiconductor laser LD1 is transmitted to the condenser lens system 2
Is focused near the end face of the Nd: YAG crystal (hereinafter, Nd: YAG) as the laser medium 3 to excite the laser medium 3. Nd: YAG of laser medium 3
A resonator is formed by the one end face of the first mirror and the output mirror 4, and a KNbO 3 crystal (hereinafter, referred to as KN), which is a nonlinear optical crystal 5, is provided therein. A blue laser having a wavelength of 473 nm, which is SHG, is oscillated. A beam splitter 43 and a photodiode 44 are arranged downstream of the output mirror 4. The blue light split by the beam splitter 43 is monitored by the photodiode 44 and fed back to the LD drive circuit 45 to keep the laser output constant. I try to keep it. This laser resonator is formed on a metal resonator base 14, and the temperature is controlled by a temperature control element 15.
【０００３】[0003]
【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おり、光学的な各素子とし
て、半導体レーザＬＤ１、集光レンズ系２、レーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧ）３、非線形光学結晶（ＫＮ）５、出力
ミラー４に分けられ、この構成部品をメンテナンス上交
換するたびに、光軸調整とレーザ発振調整が必要にな
る。図２に示すような各素子が水平に分離されて配置さ
れていると、各素子の光軸を合わせる調整作業の時間
と、ＬＤ１と集光レンズ系２とレーザ媒質３との相互距
離、レーザ媒質３と非線形光学結晶５、及び出力ミラー
４との共振器内の相互距離を合わせるレーザ発振調整の
時間がかかるという問題がある。また非線形光学結晶
（ＫＮ）５はアルミ製のホルダにマウントされて、共振
器ベース１４上に備えられており、その下部の温度制御
素子１５によって温度調整が行われているが、温度変化
に敏感であり、位相整合がとりにくいという問題があ
る。The conventional solid-state laser device is configured as described above, and includes, as optical elements, a semiconductor laser LD1, a condenser lens system 2, and a laser medium (Nd: YAG) 3. , A nonlinear optical crystal (KN) 5, and an output mirror 4. Each time these components are replaced for maintenance, optical axis adjustment and laser oscillation adjustment are required. When each element is horizontally separated as shown in FIG. 2, the time for adjustment work for aligning the optical axis of each element, the mutual distance between the LD 1, the condenser lens system 2, and the laser medium 3, the laser There is a problem that it takes a long time to adjust the laser oscillation to match the mutual distance in the resonator between the medium 3, the nonlinear optical crystal 5, and the output mirror 4. The nonlinear optical crystal (KN) 5 is mounted on an aluminum holder and provided on the resonator base 14, and the temperature is controlled by a temperature control element 15 thereunder. However, there is a problem that it is difficult to achieve phase matching.
【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、各光学素子の光軸調整やレーザ発振調
整が短時間で容易にでき、しかも、非線形光学結晶（Ｋ
Ｎ）５が温度制御素子による温度変化に影響されない構
造で、位相制御ができる固体レーザ装置を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and can easily adjust the optical axis and laser oscillation of each optical element in a short time.
It is an object of the present invention to provide a solid-state laser device capable of performing phase control with N) 5 having a structure not affected by a temperature change by a temperature control element.
【０００５】[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、本発明の固体レーザ装置は、励起光源と、その励起
光を集光する光学系と、集光された励起光によって励起
される固体レーザ媒質と、出力側に設けられた出力ミラ
ーと、前記固体レーザ媒質端面と前記出力ミラーとで形
成される共振器内に設けられた非線形光学結晶とからな
る固体レーザ装置において、共振器を構成する固体レー
ザ媒質と非線形光学結晶とが光学的に密着して一体とな
り、励起光源と光学系と前記共振器が垂直方向に構成さ
れた構造を備えるものである。In order to achieve the above object, a solid-state laser device according to the present invention comprises an excitation light source, an optical system for condensing the excitation light, and excitation by the condensed excitation light. In a solid-state laser device including a solid-state laser medium, an output mirror provided on an output side, and a nonlinear optical crystal provided in a resonator formed by the solid-state laser medium end face and the output mirror, a resonator is provided. The solid-state laser medium and the non-linear optical crystal are optically in close contact with each other to be integrated, and have a structure in which an excitation light source, an optical system, and the resonator are vertically arranged.
【０００６】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、励起光源と、その励起光を集光する光学
系と、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）の端面と出力ミラー
で形成される共振器とを垂直に配置構成し、レーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧ）の上に非線形光学結晶（ＫＮ）を光学
的に密着させ一体構成として、その上に出力ミラー、ビ
ームスプリッタ、フォトダイオードを配置させる。これ
により、半導体レーザ部、光学系、レーザ媒質（Ｎｄ：
ＹＡＧ）と非線形光学結晶（ＫＮ）の光軸調整が不要に
なり、レーザ発振調整は出力ミラーの調整と非線形光学
結晶（ＫＮ）５の位相整合温度調整のみとなる。このた
め調整時間が大幅に短縮される。また、温度制御素子の
ホルダ周囲に、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）が載せられ
て配置され、そして、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）の上
に非線形光学結晶（ＫＮ）を光学的に密着させてあるの
で、非線形光学結晶（ＫＮ）の温度変化が温度制御素子
による温度変化に対して緩やかになり、そのため位相整
合が取りやすくなる。The solid-state laser device of the present invention is configured as described above, and is formed by an excitation light source, an optical system for condensing the excitation light, an end face of a laser medium (Nd: YAG), and an output mirror. A resonator and a resonator are vertically arranged, and a nonlinear optical crystal (KN) is optically adhered to a laser medium (Nd: YAG) to form an integrated structure, on which an output mirror, a beam splitter, and a photodiode are arranged. . Thereby, the semiconductor laser unit, the optical system, and the laser medium (Nd:
The optical axis adjustment between the YAG) and the non-linear optical crystal (KN) becomes unnecessary, and the laser oscillation adjustment is performed only by adjusting the output mirror and adjusting the phase matching temperature of the non-linear optical crystal (KN) 5. Thus, the adjustment time is greatly reduced. Further, a laser medium (Nd: YAG) is placed and arranged around the holder of the temperature control element, and a nonlinear optical crystal (KN) is optically brought into close contact with the laser medium (Nd: YAG). Therefore, the temperature change of the nonlinear optical crystal (KN) becomes gentle with respect to the temperature change by the temperature control element, so that the phase matching can be easily obtained.
【０００７】[0007]
【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を参照しながら説明する。図１は本装置の断面
を示す。半導体レーザＬＤ１と、集光レンズ系２と、リ
ング状の温度制御素子４１と、光学的に一体となったレ
ーザ媒質３と非線形光学結晶５と、出力ミラー４と、ビ
ームスプリッタ４３ａとが垂直方向に配置されている。
ＬＤ１は、金属製ブロック４７内の中央最低部の所定の
位置に設けられ、半導体レーザＬＤ１の光源から上方
に、レンズの焦点距離だけ離れた中央位置に集光レンズ
系２が金属枠（図示せず）に取付けられ、金属製ブロッ
ク４７の上方にリング状の温度制御素子４１が設けら
れ、その上にベース板４８が載せられ、そのベース板４
８の中央の穴あき窪みに、レーザ媒質３と非線形光学結
晶５とが光学的に密着され一体となって、レーザ媒質３
を下にして設けられている。集光レンズ系２からレーザ
媒質３の表面までの距離は、ＬＤ１からの励起光が集光
レンズ系２によって集光される位置になるように、ブロ
ック４７及びベース板４８で機械的に寸法が設定され
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the solid-state laser device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross section of the apparatus. The semiconductor laser LD1, the condenser lens system 2, the ring-shaped temperature control element 41, the optically integrated laser medium 3, the nonlinear optical crystal 5, the output mirror 4, and the beam splitter 43a are arranged in the vertical direction. Are located in
The LD 1 is provided at a predetermined position at the lower center of the metal block 47, and the condenser lens system 2 is provided above the light source of the semiconductor laser LD 1 at a central position separated by the focal length of the lens. A ring-shaped temperature control element 41 is provided above a metal block 47, and a base plate 48 is mounted thereon.
The laser medium 3 and the non-linear optical crystal 5 are optically in close contact with each other in the central hollow of
Is provided below. The distance from the condenser lens system 2 to the surface of the laser medium 3 is mechanically determined by the block 47 and the base plate 48 so that the excitation light from the LD 1 is condensed by the condenser lens system 2. Is set.
【０００８】一方、ブロック４７の上部にブロック４６
が組み立てられ、上部中央に出力ミラー４が設けられて
いる。そして、ブロック４６は上下方向に、外部から機
械的な操作で微動することができ、ブロック４７との相
対位置が調整され、レーザ媒質３と出力ミラー間の距離
が調整される。そして、その上方にビームスプリッタ４
３ａが設けられ、下方からのレーザ光の一部を水平方向
に反射している。反射したレーザ光はフォトダイオード
４４に入り、その信号がＬＤ駆動回路４５に帰還入力さ
れ、半導体レーザＬＤ１の駆動電流を制御し、安定した
レーザビームを発振させる。On the other hand, a block 46 is provided above the block 47.
Are assembled, and an output mirror 4 is provided at the upper center. Then, the block 46 can be finely moved in the vertical direction by mechanical operation from the outside, the relative position with respect to the block 47 is adjusted, and the distance between the laser medium 3 and the output mirror is adjusted. Then, a beam splitter 4
3a is provided, and reflects a part of the laser light from below in the horizontal direction. The reflected laser light enters the photodiode 44, and its signal is fed back to the LD drive circuit 45 to control the drive current of the semiconductor laser LD1 and oscillate a stable laser beam.
【０００９】本装置の動作について説明する。半導体レ
ーザ素子ＬＤ１からの励起光が、集光レンズ系２によっ
て、レーザ媒質３（以下、Ｎｄ：ＹＡＧという）の端面
近傍に集光され、Ｎｄ：ＹＡＧを励起する。そして、Ｎ
ｄ：ＹＡＧの片端面と出力ミラー４とで共振器を形成す
る。そして、本装置ではレーザ媒質３の上部に非線形光
学結晶５が光学的に密着され一体となっている。非線形
光学結晶５としてＫＮｂＯ３結晶（以下、ＫＮという）
が用いられ、レーザ媒質３（Ｎｄ：ＹＡＧ）から発生し
た基本波９４６ｎｍが、共振器内の非線形光学結晶５
（ＫＮ）を励振し、第二高調波（ＳＨＧ）４７３ｎｍの
ブルーレーザ光を発振させる。レーザ媒質３（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ）と非線形光学結晶５（ＫＮ）は光学的に一体とな
って、リング状の温度制御素子４１上部のベース板４８
上に設けられ、温度制御素子４１によって、ブルー光が
最大となるように温度制御が行なわれる。これによりレ
ーザ媒質３（Ｎｄ：ＹＡＧ）は直接温度制御がされ、非
線形光学結晶５（ＫＮ）は間接温度制御となることで、
非線形光学結晶５（ＫＮ）の温度変化が温度制御素子４
１による急峻な温度変化に対して緩やかになることで、
位相整合が取りやくなる。The operation of the apparatus will be described. Excitation light from the semiconductor laser element LD1 is condensed by the condenser lens system 2 near the end face of the laser medium 3 (hereinafter, referred to as Nd: YAG) to excite Nd: YAG. And N
d: A resonator is formed by one end surface of the YAG and the output mirror 4. In this apparatus, the nonlinear optical crystal 5 is optically adhered to the upper part of the laser medium 3 to be integrated. KNbO 3 crystal (hereinafter referred to as KN) as the nonlinear optical crystal 5
Is used, and a fundamental wave of 946 nm generated from the laser medium 3 (Nd: YAG) is applied to the nonlinear optical crystal 5 in the resonator.
(KN) is excited, and blue laser light of the second harmonic (SHG) 473 nm is oscillated. Laser medium 3 (Nd: Y
AG) and the nonlinear optical crystal 5 (KN) are optically integrated with each other to form a base plate 48 above the ring-shaped temperature control element 41.
The temperature is controlled by the temperature control element 41 so as to maximize the blue light. Accordingly, the temperature of the laser medium 3 (Nd: YAG) is directly controlled, and the temperature of the nonlinear optical crystal 5 (KN) is controlled indirectly.
The temperature change of the nonlinear optical crystal 5 (KN) is caused by the temperature control element 4
By becoming gentle to the steep temperature change by 1,
Phase matching becomes difficult.
【００１０】一方、出力ミラー４はブロック４６に設け
られ、ブロック４６がブロック４７に対して外部から上
下に微動できるように設計されており、レーザ媒質３と
出力ミラー４の共振器の長さを調整することができる。
またブロック４７は金属製の中空形状であり、内部のＬ
Ｄ１を帯電などによる静電破壊から保護している。出力
ミラー４は基本波９４６ｎｍを反射し、第二高調波４７
３ｎｍを透過するように表面にコーティング処理が施さ
れており、第二高調波が出力ミラー４を透過して外部に
出力される。その出力の一部がビームスプリッタ４３ａ
で反射されてフォトダイオード４４に入力され、その信
号がＬＤ駆動回路４５に帰還され、ＬＤ１の出力を一定
にして安定させる。On the other hand, the output mirror 4 is provided in a block 46 and is designed so that the block 46 can be finely moved up and down with respect to the block 47 from the outside. The length of the resonator between the laser medium 3 and the output mirror 4 is reduced. Can be adjusted.
The block 47 has a hollow shape made of metal.
D1 is protected from electrostatic breakdown due to charging or the like. The output mirror 4 reflects the fundamental wave of 946 nm,
The surface is coated to transmit 3 nm, and the second harmonic passes through the output mirror 4 and is output to the outside. Part of the output is the beam splitter 43a
The signal is reflected by the photodiode 44 and input to the photodiode 44, and the signal is fed back to the LD drive circuit 45 to stabilize the output of the LD1 by making it constant.
【００１１】上記の実施例では、非線形光学結晶５（Ｓ
ＨＧ）として、ＫＮｄＯ３を用いたが、ＬｉＢ３Ｏ５等
のその他のＳＨＧ結晶を用いても良い。例えば、Ｎｄ：
ＹＡＧ結晶の１０６４ｎｍの発振スペクトルとＳＨＧ結
晶のＫＴｉＯＰＯ４を用いた５３２ｎｍの低ノイズグリ
ーンレーザの発生も可能である。また、レーザ媒質３と
して、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶
などのその他のレーザ媒質を用いても良い。さらに、非
線型光学結晶５の上にエタロンを設置することで、単一
縦シングルモードレーザの実現が可能である。In the above embodiment, the nonlinear optical crystal 5 (S
Although KNdO 3 was used as HG), other SHG crystals such as LiB 3 O 5 may be used. For example, Nd:
It is also possible to generate a low-noise green laser of 532 nm using an oscillation spectrum of 1064 nm of YAG crystal and KTiOPO 4 of SHG crystal. Further, although the Nd: YAG crystal is used as the laser medium 3, another laser medium such as a Nd: YLF crystal may be used. Further, by installing an etalon on the nonlinear optical crystal 5, a single longitudinal single mode laser can be realized.
【００１２】[0012]
【発明の効果】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、レーザ光源、共振器を垂直に配置構成
し、レーザ媒質の上に非線形光学結晶を光学的に密着さ
せることで一体構成とし、その上に出力ミラー、ビーム
スプリッタ、フォトダイオードを配置させることで、従
来のような半導体レーザ部、集光レンズ系、レーザ媒質
と非線形光学結晶の光軸調整が不要になり、レーザ発振
調整は出力ミラーの調整と非線形光学結晶の位相整合の
ための温度調整のみとなり、調整時間が大幅に短縮す
る。また、レーザ媒質を載せている金属製ベース板の周
囲に温度制御素子を配置させ、レーザ媒質は直接温度制
御、非線形光学結晶は間接温度制御することで、非線形
光学結晶の温度変化が温度制御素子による温度変化に対
して緩やかになり、位相整合が取りやすくなる。さら
に、温度制御素子による急峻な温度変化によって、非線
形光学結晶内に生じるドメインが生じなくなった。ま
た、本装置は中空構造で且つ半導体レーザ部が筐体内に
あるため、帯電などによる半導体レーザ素子の静電破壊
が防止される。The solid-state laser device according to the present invention is constructed as described above. A laser light source and a resonator are vertically arranged, and a non-linear optical crystal is optically brought into close contact with a laser medium to be integrated. By arranging an output mirror, beam splitter, and photodiode on top of it, it is not necessary to adjust the optical axis of the semiconductor laser unit, focusing lens system, laser medium, and nonlinear optical crystal as in the past, and laser oscillation The adjustment is only adjustment of the output mirror and temperature adjustment for the phase matching of the nonlinear optical crystal, and the adjustment time is greatly reduced. In addition, a temperature control element is placed around the metal base plate on which the laser medium is mounted, and the temperature change of the nonlinear optical crystal is controlled by controlling the temperature of the laser medium directly and controlling the temperature of the nonlinear optical crystal indirectly. , The temperature changes gradually, and phase matching can be easily achieved. Further, a steep temperature change by the temperature control element no longer generates a domain generated in the nonlinear optical crystal. Further, since the present device has a hollow structure and the semiconductor laser portion is provided in the housing, electrostatic breakdown of the semiconductor laser element due to charging or the like is prevented.
【図１】 本発明の固体レーザ装置の一実施例を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a solid-state laser device of the present invention.
【図２】 従来の固体レーザ装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a conventional solid-state laser device.
１…ＬＤ ２…集光レンズ
系 ３…レーザ媒質 ４…出力ミラー ５…非線形光学結晶 １１…励起光 １２…基本波 １３…第二高調
波 １４…共振器ベース １５…温度制御
素子 １６…放熱板 ４１…温度制御
素子 ４３…ビームスプリッタ ４３ａ…ビーム
スプリッタ ４４…フォトダイオード ４５…ＬＤ駆動
回路 ４６…ブロック ４７…ブロック ４８…ベース板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LD 2 ... Condensing lens system 3 ... Laser medium 4 ... Output mirror 5 ... Nonlinear optical crystal 11 ... Excitation light 12 ... Fundamental wave 13 ... Second harmonic wave 14 ... Resonator base 15 ... Temperature control element 16 ... Heat sink 41: Temperature control element 43: Beam splitter 43a: Beam splitter 44: Photodiode 45: LD drive circuit 46: Block 47: Block 48: Base plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 吉岡 善文 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 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 Ｆターム(参考） 5F072 AB02 HH02 HH04 JJ05 JJ12 KK06 KK12 KK15 PP07 QQ02 RR03 SS01 TT12 TT22 TT29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor: Yutaka Kobayashi, Shimanzu Seisakusho Co., Ltd. 1 Nishinokyo Kuwabaracho, Nakagyo-ku, Kyoto-shi (72) Inventor Yoshifumi Yoshioka 1st, Kuwaharacho Nishinokuyo-ku, Nakagyo-ku, Kyoto Co., Ltd. 72) Inventor Tomofumi Entrance 1 Shiwazu-machi, Nishinokyo-ku, Nakagyo-ku, Kyoto City (72) Inventor Kazuma Watanabe 1 Shiwazu-machi, Nishinokyo-kuwaharacho, Nakagyo-ku, Kyoto F-term (reference) 5F072 AB02 HH02 HH04 JJ05 JJ12 KK06 KK12 KK15 PP07 QQ02 RR03 SS01 TT12 TT22 TT29
Claims (1)
と、集光された励起光によって励起される固体レーザ媒
質と、出力側に設けられた出力ミラーと、前記固体レー
ザ媒質端面と前記出力ミラーとで形成される共振器内に
設けられた非線形光学結晶とからなる固体レーザ装置に
おいて、共振器を構成する固体レーザ媒質と非線形光学
結晶とが光学的に密着して一体となり、励起光源と光学
系と前記共振器が垂直方向に構成された構造を備えるこ
とを特徴とする固体レーザ装置。An excitation light source, an optical system for condensing the excitation light, a solid laser medium excited by the collected excitation light, an output mirror provided on an output side, and an end face of the solid laser medium And a solid-state laser device comprising a nonlinear optical crystal provided in a resonator formed by the output mirror and the solid-state laser medium and the nonlinear optical crystal constituting the resonator are optically adhered and integrated, A solid-state laser device comprising a structure in which an excitation light source, an optical system, and the resonator are configured in a vertical direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17024699A JP4382908B2 (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Solid state laser equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17024699A JP4382908B2 (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Solid state laser equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357834A true JP2000357834A (en) | 2000-12-26 |
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ID=15901392
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP17024699A Expired - Lifetime JP4382908B2 (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Solid state laser equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4382908B2 (en) |
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