JP2001036175A - レーザーダイオード励起固体レーザー - Google Patents
レーザーダイオード励起固体レーザーInfo
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- JP2001036175A JP2001036175A JP20657399A JP20657399A JP2001036175A JP 2001036175 A JP2001036175 A JP 2001036175A JP 20657399 A JP20657399 A JP 20657399A JP 20657399 A JP20657399 A JP 20657399A JP 2001036175 A JP2001036175 A JP 2001036175A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 紫外光を連続発振させることができる高効
率、高出力、低コストのレーザーダイオード励起固体レ
ーザーを得る。 【解決手段】 希土類元素イオンのうち少なくともＰｒ
3+が添加された固体レーザー結晶14を、ＧａＮ系レーザ
ーダイオード11から発せられたレーザービーム10によっ
て励起し、それにより得られた固体レーザービーム20を
光波長変換素子16に通して紫外域の第２高調波21等に波
長変換する。
率、高出力、低コストのレーザーダイオード励起固体レ
ーザーを得る。 【解決手段】 希土類元素イオンのうち少なくともＰｒ
3+が添加された固体レーザー結晶14を、ＧａＮ系レーザ
ーダイオード11から発せられたレーザービーム10によっ
て励起し、それにより得られた固体レーザービーム20を
光波長変換素子16に通して紫外域の第２高調波21等に波
長変換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザー結晶
をレーザーダイオード（半導体レーザー）によって励起
するレーザーダイオード励起固体レーザーに関し、特に
詳細には、紫外光を得るように構成されたレーザーダイ
オード励起固体レーザーに関するものである。
をレーザーダイオード（半導体レーザー）によって励起
するレーザーダイオード励起固体レーザーに関し、特に
詳細には、紫外光を得るように構成されたレーザーダイ
オード励起固体レーザーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば紫外線リソグラフィーや、レーザ
ー励起による生体細胞の蛍光分析等においては、紫外域
で連続発振する高効率、高出力のレーザーが求められて
いる。
ー励起による生体細胞の蛍光分析等においては、紫外域
で連続発振する高効率、高出力のレーザーが求められて
いる。
【０００３】そのような紫外レーザーの一つとして、Ｉ
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる
活性層を有するＧａＮ系の半導体レーザーが知られてい
る。このＧａＮ系の半導体レーザーとしては、近時、発
振波長400 ｎｍ、出力数ｍＷで連続１０００時間発振す
るものも提供されている。
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる
活性層を有するＧａＮ系の半導体レーザーが知られてい
る。このＧａＮ系の半導体レーザーとしては、近時、発
振波長400 ｎｍ、出力数ｍＷで連続１０００時間発振す
るものも提供されている。
【０００４】また、非線形光学結晶を用いたＳＨＧ（第
２高調波発生）あるいはＴＨＧ（第３高調波発生）によ
り発振光を短波長化して、波長400 ｎｍ以下の紫外域の
レーザービームを得る波長変換固体レーザーも知られて
いる。
２高調波発生）あるいはＴＨＧ（第３高調波発生）によ
り発振光を短波長化して、波長400 ｎｍ以下の紫外域の
レーザービームを得る波長変換固体レーザーも知られて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしＧａＮ系の半導
体レーザーにおいては、現状、多くの用途で求められる
単一横モード発振で100 ｍＷ以上の出力を得ることは困
難となっている。また波長380 ｎｍ以下では、発振効率
が低下し、かつ寿命も大幅に短くなるという問題が認め
られている。
体レーザーにおいては、現状、多くの用途で求められる
単一横モード発振で100 ｍＷ以上の出力を得ることは困
難となっている。また波長380 ｎｍ以下では、発振効率
が低下し、かつ寿命も大幅に短くなるという問題が認め
られている。
【０００６】一方、ＳＨＧによって発振光を短波長化す
る波長変換固体レーザーでは、 700〜 800ｎｍの波長帯
で効率良く発振する固体レーザー媒質が見出されていな
いため、高出力を得るのが難しくなっている。
る波長変換固体レーザーでは、 700〜 800ｎｍの波長帯
で効率良く発振する固体レーザー媒質が見出されていな
いため、高出力を得るのが難しくなっている。
【０００７】またＴＨＧによって発振光を短波長化する
波長変換固体レーザーは、本来効率が低く、実際にはパ
ルスモード発振しか実現されていない。それを連続モー
ドで発振させるためには、基本波のＳＨＧ光を共振させ
る必要があるが、そのためには共振器を誤差0.01℃以下
で高精度に温度調節しなければならず、コストを考える
と実用化は極めて困難となっている。
波長変換固体レーザーは、本来効率が低く、実際にはパ
ルスモード発振しか実現されていない。それを連続モー
ドで発振させるためには、基本波のＳＨＧ光を共振させ
る必要があるが、そのためには共振器を誤差0.01℃以下
で高精度に温度調節しなければならず、コストを考える
と実用化は極めて困難となっている。
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みて、概ね 360ｎ
ｍ以下の波長帯の紫外光を連続発振させることができる
高効率、高出力、低コストのレーザーダイオード励起固
体レーザーを提供することを目的とする。
ｍ以下の波長帯の紫外光を連続発振させることができる
高効率、高出力、低コストのレーザーダイオード励起固
体レーザーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオード励起固体レーザーは、希土類元素イオンのうち
少なくともＰｒ3+が添加された固体レーザー結晶と、Ｉ
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる
活性層を有し、上記固体レーザー結晶を励起するレーザ
ービームを発するＧａＮ系レーザーダイオードと、上記
固体レーザー結晶を励起して得られた固体レーザービー
ムを紫外光に波長変換する光波長変換素子とを備えたこ
とを特徴とするものである。
イオード励起固体レーザーは、希土類元素イオンのうち
少なくともＰｒ3+が添加された固体レーザー結晶と、Ｉ
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる
活性層を有し、上記固体レーザー結晶を励起するレーザ
ービームを発するＧａＮ系レーザーダイオードと、上記
固体レーザー結晶を励起して得られた固体レーザービー
ムを紫外光に波長変換する光波長変換素子とを備えたこ
とを特徴とするものである。
【００１０】なお、上記の固体レーザー結晶としては、
Ｐｒ3+のみがドープされたものや、Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄ
ｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のうちの少
なくとも１つとＰｒ3+とが共ドープされたものが好適に
用いられ得る。
Ｐｒ3+のみがドープされたものや、Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄ
ｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のうちの少
なくとも１つとＰｒ3+とが共ドープされたものが好適に
用いられ得る。
【００１１】また本発明のレーザーダイオード励起固体
レーザーの好ましい実施形態は、固体レーザー結晶にお
ける 3Ｐ0 → 3Ｆ4 の遷移によって波長がほぼ720 ｎｍ
の固体レーザービームを発振させ、この固体レーザービ
ームを前記光波長変換素子により第２高調波に波長変換
して波長がほぼ 360ｎｍの紫外光を得るように構成され
る。
レーザーの好ましい実施形態は、固体レーザー結晶にお
ける 3Ｐ0 → 3Ｆ4 の遷移によって波長がほぼ720 ｎｍ
の固体レーザービームを発振させ、この固体レーザービ
ームを前記光波長変換素子により第２高調波に波長変換
して波長がほぼ 360ｎｍの紫外光を得るように構成され
る。
【００１２】一方上述の光波長変換素子としては、周期
ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶からなるもの
を好適に用いることができる。
ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶からなるもの
を好適に用いることができる。
【００１３】
【発明の効果】Ｐｒ3+がドープされたＹＬＦ結晶等の固
体レーザー結晶は、ＧａＮ系レーザーダイオードにより
励起されて、700 〜800 ｎｍの波長帯で効率良く発振す
る。つまり例えば 3Ｐ0 → 3Ｆ4 の遷移によって、Ｐｒ
3+の発振ラインである波長720ｎｍの赤外域の固体レー
ザービームを効率良く発振させるので、この固体レーザ
ービームを光波長変換素子により第２高調波に波長変換
すれば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることがで
きる。
体レーザー結晶は、ＧａＮ系レーザーダイオードにより
励起されて、700 〜800 ｎｍの波長帯で効率良く発振す
る。つまり例えば 3Ｐ0 → 3Ｆ4 の遷移によって、Ｐｒ
3+の発振ラインである波長720ｎｍの赤外域の固体レー
ザービームを効率良く発振させるので、この固体レーザ
ービームを光波長変換素子により第２高調波に波長変換
すれば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることがで
きる。
【００１４】一方Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓ
ｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+は波長380 〜430 ｎｍに吸収
帯があり、ＧａＮ系レーザーダイオードによって励起さ
れ得る。そして、励起された電子をＰｒ3+の励起準位
（例えば 3Ｐ0 もしくは 3Ｐ1）にエネルギー移動し、
3Ｐ0 → 3Ｆ4 等の遷移によって下準位に落とすことに
より、この場合もＰｒ3+の発振ラインである波長 720ｎ
ｍの赤外域の固体レーザービームを効率良く発振させる
ことができる。そこで上記と同様に、この固体レーザー
ビームを光波長変換素子により第２高調波に波長変換す
れば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができ
る。
ｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+は波長380 〜430 ｎｍに吸収
帯があり、ＧａＮ系レーザーダイオードによって励起さ
れ得る。そして、励起された電子をＰｒ3+の励起準位
（例えば 3Ｐ0 もしくは 3Ｐ1）にエネルギー移動し、
3Ｐ0 → 3Ｆ4 等の遷移によって下準位に落とすことに
より、この場合もＰｒ3+の発振ラインである波長 720ｎ
ｍの赤外域の固体レーザービームを効率良く発振させる
ことができる。そこで上記と同様に、この固体レーザー
ビームを光波長変換素子により第２高調波に波長変換す
れば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができ
る。
【００１５】なお、特に上述のように固体レーザービー
ムを第２高調波に波長変換する場合は、第３高調波を発
生させる場合のように構成が複雑化することがなく、低
コストのレーザーダイオード励起固体レーザーが実現さ
れる。
ムを第２高調波に波長変換する場合は、第３高調波を発
生させる場合のように構成が複雑化することがなく、低
コストのレーザーダイオード励起固体レーザーが実現さ
れる。
【００１６】また、上記の波長 380〜 430ｎｍはＧａＮ
系レーザーダイオードが比較的発振しやすい波長帯であ
り、そして特に波長 400〜 410ｎｍは、現在提供されて
いるＧａＮ系レーザーダイオードの最大出力が得られる
波長帯であるので、Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、
Ｓｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+をＧａＮ系レーザーダイオ
ードによって励起すれば、励起光の吸収量が大きくな
り、高効率化および高出力化が達成される。
系レーザーダイオードが比較的発振しやすい波長帯であ
り、そして特に波長 400〜 410ｎｍは、現在提供されて
いるＧａＮ系レーザーダイオードの最大出力が得られる
波長帯であるので、Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、
Ｓｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+をＧａＮ系レーザーダイオ
ードによって励起すれば、励起光の吸収量が大きくな
り、高効率化および高出力化が達成される。
【００１７】一方、ＧａＮ系レーザーダイオードは熱伝
導係数が130 Ｗ／ｍ℃と、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダ
イオードの４Ｗ／ｍ℃等と比べて極めて大きい。またそ
れに加えて、転移の移動度もＺｎＭｇＳＳｅ系レーザー
ダイオードと比べて非常に小さいことから、ＣＯＤ（カ
タストロフィック・オプティカル・ダメージ）が非常に
高く、高寿命、高出力が得やすいものである。このよう
な特性のＧａＮ系レーザーダイオードを励起光源として
用いたことにより、本発明のレーザーダイオード励起固
体レーザーは、高寿命で、高出力の紫外域のレーザービ
ームを発生可能となる。
導係数が130 Ｗ／ｍ℃と、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダ
イオードの４Ｗ／ｍ℃等と比べて極めて大きい。またそ
れに加えて、転移の移動度もＺｎＭｇＳＳｅ系レーザー
ダイオードと比べて非常に小さいことから、ＣＯＤ（カ
タストロフィック・オプティカル・ダメージ）が非常に
高く、高寿命、高出力が得やすいものである。このよう
な特性のＧａＮ系レーザーダイオードを励起光源として
用いたことにより、本発明のレーザーダイオード励起固
体レーザーは、高寿命で、高出力の紫外域のレーザービ
ームを発生可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示
すものである。このレーザーダイオード励起固体レーザ
ーは、励起光としてのレーザービーム10を発するレーザ
ーダイオード11と、発散光である上記レーザービーム10
を集光する例えば屈折率分布型レンズからなる集光レン
ズ13と、Ｐｒ3+がドープされた固体レーザー媒質である
ＬｉＹＦ4 結晶（以下、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶と称する）14
と、このＰｒ：ＹＬＦ結晶14の前方側（図中右方側）に
配された共振器ミラー15と、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶14と共振
器ミラー15との間に配された光波長変換素子16およびエ
タロン17とを有している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示
すものである。このレーザーダイオード励起固体レーザ
ーは、励起光としてのレーザービーム10を発するレーザ
ーダイオード11と、発散光である上記レーザービーム10
を集光する例えば屈折率分布型レンズからなる集光レン
ズ13と、Ｐｒ3+がドープされた固体レーザー媒質である
ＬｉＹＦ4 結晶（以下、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶と称する）14
と、このＰｒ：ＹＬＦ結晶14の前方側（図中右方側）に
配された共振器ミラー15と、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶14と共振
器ミラー15との間に配された光波長変換素子16およびエ
タロン17とを有している。
【００１９】以上述べた要素14〜17は、例えば銅からな
る共通のマウント30に取り付けられ、このマウント30は
温度調節手段を構成するペルチェ素子31の上に固定され
ている。またレーザーダイオード11と集光レンズ13もそ
れぞれ銅等からなるマウント32、33に取り付けられ、こ
れらのマウント32、33もペルチェ素子31の上に固定され
ている。このペルチェ素子31は、光出射窓35を有する密
閉型ケース36の中に収納されている。
る共通のマウント30に取り付けられ、このマウント30は
温度調節手段を構成するペルチェ素子31の上に固定され
ている。またレーザーダイオード11と集光レンズ13もそ
れぞれ銅等からなるマウント32、33に取り付けられ、こ
れらのマウント32、33もペルチェ素子31の上に固定され
ている。このペルチェ素子31は、光出射窓35を有する密
閉型ケース36の中に収納されている。
【００２０】そして、マウント30に取り付けられたサー
ミスタ34が出力する温度検出信号に基づいて図示外の温
度制御回路によりペルチェ素子31の駆動が制御されて、
レーザーダイオード11および固体レーザー共振器（後述
のようにＰｒ：ＹＬＦ結晶14および共振器ミラー15によ
って構成される）内の要素が全て共通の所定温度に制御
される。
ミスタ34が出力する温度検出信号に基づいて図示外の温
度制御回路によりペルチェ素子31の駆動が制御されて、
レーザーダイオード11および固体レーザー共振器（後述
のようにＰｒ：ＹＬＦ結晶14および共振器ミラー15によ
って構成される）内の要素が全て共通の所定温度に制御
される。
【００２１】光波長変換素子16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
イン反転構造が設けられてなるものである。本例の場
合、周期ドメイン反転構造の周期は、後述の基本波波長
720ｎｍおよび第２高調波波長360ｎｍに対して１次の
周期となるように1.65μｍとされている。また波長選択
素子としてのエタロン17は、固体レーザーを単一縦モー
ド発振させて低ノイズ化を実現する。
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ3 結晶に周期ドメ
イン反転構造が設けられてなるものである。本例の場
合、周期ドメイン反転構造の周期は、後述の基本波波長
720ｎｍおよび第２高調波波長360ｎｍに対して１次の
周期となるように1.65μｍとされている。また波長選択
素子としてのエタロン17は、固体レーザーを単一縦モー
ド発振させて低ノイズ化を実現する。
【００２２】レーザーダイオード11としては、ＩｎＧａ
Ｎ活性層を有し、波長 450ｎｍで発振するブロードエリ
ア型のものが用いられている。またＰｒ：ＹＬＦ結晶14
の光入射面である後方端面14ａには、波長 450ｎｍの光
は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、Ｐｒ3+の
１つの発振線である波長 720ｎｍに対して高反射率（反
射率99％以上さらに好ましくは99.9％以上）で、 720ｎ
ｍ以外のＰｒ3+の発振線 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以
上に対しては低反射率（反射率60％以下さらに好ましく
は30％以下）のコーティングが施されている。またＰ
ｒ：ＹＬＦ結晶14の前方端面14ｂには、波長 720ｎｍに
対して低反射率（反射率0.2％以下）で、その第２高調
波波長 360ｎｍに対しては高反射率（反射率95％以上）
のコーティングが施されている。一方共振器ミラー15の
ミラー面15ａには、波長 720ｎｍの光に対して高反射率
（99％以上さらに好ましくは99.9％以上）で、波長 360
ｎｍの光を95％以上透過させ（反射率99％）、上記 490
〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対しては低反射率
（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコーティング
が施されている。
Ｎ活性層を有し、波長 450ｎｍで発振するブロードエリ
ア型のものが用いられている。またＰｒ：ＹＬＦ結晶14
の光入射面である後方端面14ａには、波長 450ｎｍの光
は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、Ｐｒ3+の
１つの発振線である波長 720ｎｍに対して高反射率（反
射率99％以上さらに好ましくは99.9％以上）で、 720ｎ
ｍ以外のＰｒ3+の発振線 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以
上に対しては低反射率（反射率60％以下さらに好ましく
は30％以下）のコーティングが施されている。またＰ
ｒ：ＹＬＦ結晶14の前方端面14ｂには、波長 720ｎｍに
対して低反射率（反射率0.2％以下）で、その第２高調
波波長 360ｎｍに対しては高反射率（反射率95％以上）
のコーティングが施されている。一方共振器ミラー15の
ミラー面15ａには、波長 720ｎｍの光に対して高反射率
（99％以上さらに好ましくは99.9％以上）で、波長 360
ｎｍの光を95％以上透過させ（反射率99％）、上記 490
〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対しては低反射率
（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコーティング
が施されている。
【００２３】レーザーダイオード11から発せられた波長
450ｎｍのレーザービーム10は、上記端面14ａを透過し
てＰｒ：ＹＬＦ結晶14に入射する。Ｐｒ：ＹＬＦ結晶14
はこのレーザービーム10によってＰｒ3+が励起されるこ
とにより、波長 720ｎｍの光を発する。このときの遷移
は、 3Ｐ0 → 3Ｆ4 と考えられる。そしてＰｒ：ＹＬＦ
結晶14の後方端面14ａと共振器ミラー15のミラー面15ａ
とで構成される共振器によりレーザー発振が引き起こさ
れて、波長 720ｎｍの固体レーザービーム20が得られ
る。このレーザービーム20は光波長変換素子16に入射し
て、波長が１／２すなわち 360ｎｍの第２高調波21に変
換される。
450ｎｍのレーザービーム10は、上記端面14ａを透過し
てＰｒ：ＹＬＦ結晶14に入射する。Ｐｒ：ＹＬＦ結晶14
はこのレーザービーム10によってＰｒ3+が励起されるこ
とにより、波長 720ｎｍの光を発する。このときの遷移
は、 3Ｐ0 → 3Ｆ4 と考えられる。そしてＰｒ：ＹＬＦ
結晶14の後方端面14ａと共振器ミラー15のミラー面15ａ
とで構成される共振器によりレーザー発振が引き起こさ
れて、波長 720ｎｍの固体レーザービーム20が得られ
る。このレーザービーム20は光波長変換素子16に入射し
て、波長が１／２すなわち 360ｎｍの第２高調波21に変
換される。
【００２４】共振器ミラー15のミラー面15ａには前述の
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波21のみが出射する。この第
２高調波21は、光出射窓35を透過して密閉型ケース36の
外に出射する。
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波21のみが出射する。この第
２高調波21は、光出射窓35を透過して密閉型ケース36の
外に出射する。
【００２５】本実施形態のレーザーダイオード励起固体
レーザーは、上記の通りＰｒ：ＹＬＦ結晶14をＩｎＧａ
Ｎレーザーダイオード11によって励起する構成を有する
ので、先に詳しく説明した理由により、高効率化、高出
力化が実現される。具体的には、レーザーダイオード11
の出力が２Ｗの場合で、第２高調波21の出力は 100ｍＷ
であった。
レーザーは、上記の通りＰｒ：ＹＬＦ結晶14をＩｎＧａ
Ｎレーザーダイオード11によって励起する構成を有する
ので、先に詳しく説明した理由により、高効率化、高出
力化が実現される。具体的には、レーザーダイオード11
の出力が２Ｗの場合で、第２高調波21の出力は 100ｍＷ
であった。
【００２６】以上、ＣＷ動作について説明したが、Ｑス
イッチ素子を共振器内に挿入することで、パルス動作に
はなるが、波長変換効率を高め、２Ｗ励起で 500ｍＷの
出力を得ることも可能である。あるいは、ＧａＮ系レー
ザーダイオードは高いＣＯＤを有することから、励起用
レーザーダイオードをパルス駆動することで、同様に高
効率、高出力の紫外パルス光を得ることも可能である。
イッチ素子を共振器内に挿入することで、パルス動作に
はなるが、波長変換効率を高め、２Ｗ励起で 500ｍＷの
出力を得ることも可能である。あるいは、ＧａＮ系レー
ザーダイオードは高いＣＯＤを有することから、励起用
レーザーダイオードをパルス駆動することで、同様に高
効率、高出力の紫外パルス光を得ることも可能である。
【００２７】次に、図２を参照して本発明の第２の実施
形態について説明する。なおこの図２において、図１中
の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらに
ついての重複した説明は省略する。
形態について説明する。なおこの図２において、図１中
の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらに
ついての重複した説明は省略する。
【００２８】この第２実施形態のレーザーダイオード励
起固体レーザーは、図１の構成と比べると基本的に、Ｐ
ｒ：ＹＬＦ結晶14に代えてＰｒ3+およびＥｒ3+が共ドー
プされたＬｉＹＦ4 結晶（以下、Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結
晶と称する）44が用いられ、またレーザーダイオード11
に代えて、波長 400ｎｍのレーザービーム40を発するブ
ロードエリア型ＩｎＧａＮレーザーダイオード41が用い
られている点が異なるものである。
起固体レーザーは、図１の構成と比べると基本的に、Ｐ
ｒ：ＹＬＦ結晶14に代えてＰｒ3+およびＥｒ3+が共ドー
プされたＬｉＹＦ4 結晶（以下、Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結
晶と称する）44が用いられ、またレーザーダイオード11
に代えて、波長 400ｎｍのレーザービーム40を発するブ
ロードエリア型ＩｎＧａＮレーザーダイオード41が用い
られている点が異なるものである。
【００２９】Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44の光入射面であ
る後方端面44ａには、波長 400ｎｍの光は80％以上の透
過率で良好に透過させる一方、Ｐｒ3+の１つの発振線で
ある波長 720ｎｍに対して高反射率（99％以上さらに好
ましくは99.9％以上）で、 720ｎｍ以外のＰｒ3+の発振
線 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上に対しては低反射率
（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコーティング
が施されている。またＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44の前方
端面44ｂには、波長 720ｎｍに対して低反射率（反射率
0.2％以下）で、その第２高調波波長 360ｎｍに対して
は高反射率（反射率95％以上）のコーティングが施され
ている。一方共振器ミラー15のミラー面15ａには、波長
720ｎｍの光に対して高反射率（99％以上さらに好まし
くは99.9％以上）で、波長 360ｎｍの光を95％以上透過
させ、上記 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対し
ては低反射率（60％以下さらに好ましくは30％以下）の
コーティングが施されている。
る後方端面44ａには、波長 400ｎｍの光は80％以上の透
過率で良好に透過させる一方、Ｐｒ3+の１つの発振線で
ある波長 720ｎｍに対して高反射率（99％以上さらに好
ましくは99.9％以上）で、 720ｎｍ以外のＰｒ3+の発振
線 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上に対しては低反射率
（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコーティング
が施されている。またＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44の前方
端面44ｂには、波長 720ｎｍに対して低反射率（反射率
0.2％以下）で、その第２高調波波長 360ｎｍに対して
は高反射率（反射率95％以上）のコーティングが施され
ている。一方共振器ミラー15のミラー面15ａには、波長
720ｎｍの光に対して高反射率（99％以上さらに好まし
くは99.9％以上）で、波長 360ｎｍの光を95％以上透過
させ、上記 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対し
ては低反射率（60％以下さらに好ましくは30％以下）の
コーティングが施されている。
【００３０】レーザーダイオード11から発せられた波長
400ｎｍのレーザービーム40は、上記端面44ａを透過し
てＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44に入射する。Ｐｒ，Ｅｒ：
ＹＬＦ結晶44はこのレーザービーム40によってＥｒ3+が
励起され、励起された電子がＰｒ3+の励起準位にエネル
ギー移動し、下準位に落ちることにより、Ｐｒ3+の１つ
の発振線である波長 720ｎｍの光を発する。なお、この
場合の遷移は 3Ｐ0 →3Ｆ4 と考えられる。
400ｎｍのレーザービーム40は、上記端面44ａを透過し
てＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44に入射する。Ｐｒ，Ｅｒ：
ＹＬＦ結晶44はこのレーザービーム40によってＥｒ3+が
励起され、励起された電子がＰｒ3+の励起準位にエネル
ギー移動し、下準位に落ちることにより、Ｐｒ3+の１つ
の発振線である波長 720ｎｍの光を発する。なお、この
場合の遷移は 3Ｐ0 →3Ｆ4 と考えられる。
【００３１】そしてＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44の後方端
面44ａと共振器ミラー15のミラー面15ａとで構成される
共振器によりレーザー発振が引き起こされて、波長 720
ｎｍの固体レーザービーム20が得られる。このレーザー
ビーム20は光波長変換素子16に入射して、波長が１／２
すなわち 360ｎｍの第２高調波21に変換される。
面44ａと共振器ミラー15のミラー面15ａとで構成される
共振器によりレーザー発振が引き起こされて、波長 720
ｎｍの固体レーザービーム20が得られる。このレーザー
ビーム20は光波長変換素子16に入射して、波長が１／２
すなわち 360ｎｍの第２高調波21に変換される。
【００３２】共振器ミラー15のミラー面15ａには前述の
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波21のみが出射する。この第
２高調波21は、光出射窓35を透過して密閉型ケース36の
外に出射する。
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波21のみが出射する。この第
２高調波21は、光出射窓35を透過して密閉型ケース36の
外に出射する。
【００３３】本実施形態のレーザーダイオード励起固体
レーザーは、上記の通りＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44をＩ
ｎＧａＮレーザーダイオード41によって励起する構成を
有するので、先に詳しく説明した理由により、高効率
化、高出力化が実現される。具体的には、レーザーダイ
オード41の出力が２Ｗの場合で、第２高調波21の出力は
100ｍＷであった。
レーザーは、上記の通りＰｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶44をＩ
ｎＧａＮレーザーダイオード41によって励起する構成を
有するので、先に詳しく説明した理由により、高効率
化、高出力化が実現される。具体的には、レーザーダイ
オード41の出力が２Ｗの場合で、第２高調波21の出力は
100ｍＷであった。
【００３４】以上、ＩｎＧａＮから活性層を構成したレ
ーザーダイオードについて説明したが、ＩｎＧａＮＡｓ
系材料あるいはＧａＮＡｓ系材料から活性層を構成した
レーザーダイオードを励起用光源として用いることも可
能である。特に、固体レーザー結晶の吸収帯が長波長側
にずれている場合は、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード
と比べてより長波長化が実現しやすいＩｎＧａＮＡｓ系
あるいはＧａＮＡｓ系レーザーダイオードを用いるのが
望ましく、それにより吸収効率を向上させることができ
る。
ーザーダイオードについて説明したが、ＩｎＧａＮＡｓ
系材料あるいはＧａＮＡｓ系材料から活性層を構成した
レーザーダイオードを励起用光源として用いることも可
能である。特に、固体レーザー結晶の吸収帯が長波長側
にずれている場合は、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード
と比べてより長波長化が実現しやすいＩｎＧａＮＡｓ系
あるいはＧａＮＡｓ系レーザーダイオードを用いるのが
望ましく、それにより吸収効率を向上させることができ
る。
【００３５】またレーザー母材結晶としては、上の実施
形態で説明したＹＬＦに限らず、ＢａＹ2 Ｆ8 、Ｂａ
（Ｙ，Ｙｂ）2 Ｆ8 、ＬａＦ3 、Ｃａ（ＮｂＯ3 ）2 、
ＣａＷＯ4 、ＳｒＭｏＯ4 、ＹＡｌＯ3 （ＹＡＰ）、Ｙ
3 Ａｌ5 Ｏ12（ＹＡＧ）、Ｙ2ＳｉＯ5 、ＹＰ5 Ｏ14 、
ＬａＰ5 Ｏ14 、ＬｕＡｌＯ3 、ＬａＣｌ3 、ＬａＢｒ
3 、ＰｒＢｒ3 等を用いることもできる。
形態で説明したＹＬＦに限らず、ＢａＹ2 Ｆ8 、Ｂａ
（Ｙ，Ｙｂ）2 Ｆ8 、ＬａＦ3 、Ｃａ（ＮｂＯ3 ）2 、
ＣａＷＯ4 、ＳｒＭｏＯ4 、ＹＡｌＯ3 （ＹＡＰ）、Ｙ
3 Ａｌ5 Ｏ12（ＹＡＧ）、Ｙ2ＳｉＯ5 、ＹＰ5 Ｏ14 、
ＬａＰ5 Ｏ14 、ＬｕＡｌＯ3 、ＬａＣｌ3 、ＬａＢｒ
3 、ＰｒＢｒ3 等を用いることもできる。
【００３６】一方光波長変換素子の周期ドメイン反転構
造には、１次の周期に限らず、２次の周期を適用しても
よい。720ｎｍ発振の時の３次周期は、 4.95μｍとな
る。また光波長変換素子としては、周期ドメイン反転構
造を有するものに限らず、Ｂ−ＢａＢＯ3 、ＬＢＯ、Ｃ
ＬＢＯ、ＧｄＹＣＯＢ、ＹＣＯＢ等からなるものを用い
ることもできる。さらに励起用レーザーダイオードとし
ては、ブロードエリア型のものだけでなく、ＭＯＰＡ、
α−ＤＦＢ構造を有するもの等も同様に適用可能であ
る。
造には、１次の周期に限らず、２次の周期を適用しても
よい。720ｎｍ発振の時の３次周期は、 4.95μｍとな
る。また光波長変換素子としては、周期ドメイン反転構
造を有するものに限らず、Ｂ−ＢａＢＯ3 、ＬＢＯ、Ｃ
ＬＢＯ、ＧｄＹＣＯＢ、ＹＣＯＢ等からなるものを用い
ることもできる。さらに励起用レーザーダイオードとし
ては、ブロードエリア型のものだけでなく、ＭＯＰＡ、
α−ＤＦＢ構造を有するもの等も同様に適用可能であ
る。
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザーダイオー
ド励起固体レーザーを示す概略側面図
ド励起固体レーザーを示す概略側面図
【図２】本発明の第２実施形態によるレーザーダイオー
ド励起固体レーザーを示す概略側面図
ド励起固体レーザーを示す概略側面図
10，40 レーザービーム（励起光） 11，41 ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード 13 集光レンズ 14 Ｐｒ：ＹＬＦ結晶 14ａ Ｐｒ：ＹＬＦ結晶の後方端面 14ｂ Ｐｒ：ＹＬＦ結晶の前方端面 15 共振器ミラー 15ａ 共振器ミラーのミラー面 16 光波長変換素子 17 エタロン 30、32、33 マウント 31 ペルチェ素子 44 Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶 44ａ Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶の後方端面 44ｂ Ｐｒ，Ｅｒ：ＹＬＦ結晶の前方端面
Claims (4)
- 【請求項１】 希土類元素イオンのうち少なくともＰｒ
3+が添加された固体レーザー結晶と、 ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからな
る活性層を有し、前記固体レーザー結晶を励起するレー
ザービームを発するレーザーダイオードと、 前記固体レーザー結晶を励起して得られた固体レーザー
ビームを紫外光に波長変換する光波長変換素子とを有す
ることを特徴とするレーザーダイオード励起固体レーザ
ー。 - 【請求項２】 前記固体レーザー結晶が、Ｅｒ3+、Ｈｏ
3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のう
ちの少なくとも１つとＰｒ3+とが共ドープされたもので
あることを特徴とする請求項１記載のレーザーダイオー
ド励起固体レーザー。 - 【請求項３】 前記固体レーザー結晶における 3Ｐ0 →
3Ｆ4 の遷移によって波長がほぼ720 ｎｍの固体レーザ
ービームを発振させ、 この固体レーザービームを前記光波長変換素子により第
２高調波に波長変換して波長がほぼ360 ｎｍの紫外光を
得る構成とされたことを特徴とする請求項１または２記
載のレーザーダイオード励起固体レーザー。 - 【請求項４】 前記光波長変換素子が、周期ドメイン反
転構造を有する非線形光学結晶からなることを特徴とす
る請求項１から３いずれか１項記載のレーザーダイオー
ド励起固体レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20657399A JP2001036175A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | レーザーダイオード励起固体レーザー |
| US09/621,241 US6490309B1 (en) | 1999-07-21 | 2000-07-21 | Laser-diode-pumped laser apparatus in which Pr3+-doped laser medium is pumped with GaN-based compound laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20657399A JP2001036175A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | レーザーダイオード励起固体レーザー |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007140809A Division JP2007281499A (ja) | 2007-05-28 | 2007-05-28 | レーザーダイオード励起固体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036175A true JP2001036175A (ja) | 2001-02-09 |
| JP2001036175A5 JP2001036175A5 (ja) | 2005-06-09 |
Family
ID=16525652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20657399A Pending JP2001036175A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | レーザーダイオード励起固体レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001036175A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6816532B2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-11-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of ho3+, sm3+, eu3+, dy3+, er3+, and tb3+is excited with gan-based compound laser diode |
| JP2007115877A (ja) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Fujifilm Corp | 固体レーザ装置 |
| WO2010007938A1 (ja) * | 2008-07-16 | 2010-01-21 | セントラル硝子株式会社 | 紫外レーザ装置 |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
-
1999
- 1999-07-21 JP JP20657399A patent/JP2001036175A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6816532B2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-11-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of ho3+, sm3+, eu3+, dy3+, er3+, and tb3+is excited with gan-based compound laser diode |
| US7154930B2 (en) | 2001-05-15 | 2006-12-26 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+, and Tb3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7356065B2 (en) | 2001-05-15 | 2008-04-08 | Fujifilm Corporation | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+, and Tb3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7362789B2 (en) | 2001-05-15 | 2008-04-22 | Fujifilm Corporation | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+, and Tb3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7403554B2 (en) | 2001-05-15 | 2008-07-22 | Fujifilm Corporation | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+, and Tb3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7411990B2 (en) | 2001-05-15 | 2008-08-12 | Fujifilm Corporation | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, Sm3+, Eu3+, Dy3+, Er3+, and Tb3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7418023B2 (en) | 2001-05-15 | 2008-08-26 | Fujifilm Corporation | Laser-diode-excited laser apparatus, fiber laser apparatus, and fiber laser amplifier in which laser medium doped with one of Ho3+, SM3+, EU3+, DY3+, ER3+ and TB3+ is excited with GaN-based compound laser diode |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
| JP2007115877A (ja) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Fujifilm Corp | 固体レーザ装置 |
| WO2010007938A1 (ja) * | 2008-07-16 | 2010-01-21 | セントラル硝子株式会社 | 紫外レーザ装置 |
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