JP2001036176A - 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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- JP2001036176A JP2001036176A JP20681699A JP20681699A JP2001036176A JP 2001036176 A JP2001036176 A JP 2001036176A JP 20681699 A JP20681699 A JP 20681699A JP 20681699 A JP20681699 A JP 20681699A JP 2001036176 A JP2001036176 A JP 2001036176A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率良く高出力の青色領域や緑色領域のレー
ザービームを発生可能で、また出力安定性も高いレーザ
ーダイオード励起固体レーザーを得る。 【解決手段】 Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ
3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のうちの少なくとも１つとＰｒ
3+とが共ドープされた固体レーザー結晶13を、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる活性層
を有するレーザーダイオード11によって励起する。
ザービームを発生可能で、また出力安定性も高いレーザ
ーダイオード励起固体レーザーを得る。 【解決手段】 Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ
3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のうちの少なくとも１つとＰｒ
3+とが共ドープされた固体レーザー結晶13を、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる活性層
を有するレーザーダイオード11によって励起する。
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、Ｐｒ3+とそれ以外の希土類元素とが共ドープ
された固体レーザー結晶を用いる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、Ｐｒ3+とそれ以外の希土類元素とが共ドープ
された固体レーザー結晶を用いる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Journal of Applied Physics ,Vo
l.48,No.2,pp.650〜653 （1977）や、Applied Physics
B58,pp.149〜151 （1994）に記載されているように、Ｐ
ｒ3+が添加された固体レーザー結晶をＡｒレーザー等の
ガスレーザーによって励起するガスレーザー励起固体レ
ーザーが知られている。また、OSA TOPS Vol.19 Advanc
ed Solid State Laser pp.34〜35(1998)に示されるよう
に、Ｐｒ3+が添加された固体レーザー結晶をランプ励起
固体レーザーのＳＨ光（第２高調波）によって励起する
固体レーザーも知られている。
l.48,No.2,pp.650〜653 （1977）や、Applied Physics
B58,pp.149〜151 （1994）に記載されているように、Ｐ
ｒ3+が添加された固体レーザー結晶をＡｒレーザー等の
ガスレーザーによって励起するガスレーザー励起固体レ
ーザーが知られている。また、OSA TOPS Vol.19 Advanc
ed Solid State Laser pp.34〜35(1998)に示されるよう
に、Ｐｒ3+が添加された固体レーザー結晶をランプ励起
固体レーザーのＳＨ光（第２高調波）によって励起する
固体レーザーも知られている。
【０００３】この種の固体レーザーにおいては、 3Ｐ0
→ 3Ｈ4 の遷移によって波長470 〜490 ｎｍの青色領域
のレーザービームを発生させたり、また、 3Ｐ1 → 3Ｈ
5 の遷移によって波長520 〜550 ｎｍの緑色領域のレー
ザービームを発生させることも可能である。そこでこの
ような固体レーザーは、カラー感光材料にカラー画像を
書き込むための光源として利用することもできる。
→ 3Ｈ4 の遷移によって波長470 〜490 ｎｍの青色領域
のレーザービームを発生させたり、また、 3Ｐ1 → 3Ｈ
5 の遷移によって波長520 〜550 ｎｍの緑色領域のレー
ザービームを発生させることも可能である。そこでこの
ような固体レーザーは、カラー感光材料にカラー画像を
書き込むための光源として利用することもできる。
【０００４】また、上記の青色領域や緑色領域のレーザ
ービームを発する固体レーザーとして、例えば特開平４
−３１８９８８号に示されるように、共振器内に非線形
光学結晶を配して固体レーザービームを第２高調波に波
長変換（短波長化）するＳＨＧ固体レーザーも知られて
いる。
ービームを発する固体レーザーとして、例えば特開平４
−３１８９８８号に示されるように、共振器内に非線形
光学結晶を配して固体レーザービームを第２高調波に波
長変換（短波長化）するＳＨＧ固体レーザーも知られて
いる。
【０００５】また”Visible and UV Sourses”Andy Cla
rkson,University of Southampton,CLEO’99 TECHNICAL
DIGEST(1999)に示されるように、Ｐｒ3+が添加された
固体レーザー結晶を、上述の青色領域のレーザービーム
を発するＳＨＧ（第２高調波発生）固体レーザーによっ
て励起する固体レーザーも知られている。
rkson,University of Southampton,CLEO’99 TECHNICAL
DIGEST(1999)に示されるように、Ｐｒ3+が添加された
固体レーザー結晶を、上述の青色領域のレーザービーム
を発するＳＨＧ（第２高調波発生）固体レーザーによっ
て励起する固体レーザーも知られている。
【０００６】さらに近時は、青色領域やあるいは緑色領
域のレーザービームを発振するＩｎＧａＮ系レーザーダ
イオードや、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダイオードも開
発されている。
域のレーザービームを発振するＩｎＧａＮ系レーザーダ
イオードや、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダイオードも開
発されている。
【０００７】ところで、このように青色領域やあるいは
緑色領域のレーザービームを発するレーザーは、上記カ
ラー画像記録装置の書込み光源等として用いる場合は、
小型、低コスト、軽量であることが望まれる。前述のＰ
ｒ3+が添加された固体レーザー結晶を用いるガスレーザ
ー励起、ランプ励起あるいはＳＨＧ固体レーザー励起の
固体レーザーは、励起源がかなり大型、高価で、かつ重
いので、このような用途には向いていないと言える。
緑色領域のレーザービームを発するレーザーは、上記カ
ラー画像記録装置の書込み光源等として用いる場合は、
小型、低コスト、軽量であることが望まれる。前述のＰ
ｒ3+が添加された固体レーザー結晶を用いるガスレーザ
ー励起、ランプ励起あるいはＳＨＧ固体レーザー励起の
固体レーザーは、励起源がかなり大型、高価で、かつ重
いので、このような用途には向いていないと言える。
【０００８】一方、非線形光学結晶によって固体レーザ
ービームを短波長化するようにしたレーザーダイオード
励起固体レーザーにあっては、現状では波長変換効率が
十分に高くないので、高出力を得ることが難しいという
問題がある。またこのレーザーダイオード励起固体レー
ザーにおいては、発振モードを単一縦モード化するエタ
ロン等が挿入されるために共振器ロスが大きくなり、こ
の点からも高出力化が困難となっている。
ービームを短波長化するようにしたレーザーダイオード
励起固体レーザーにあっては、現状では波長変換効率が
十分に高くないので、高出力を得ることが難しいという
問題がある。またこのレーザーダイオード励起固体レー
ザーにおいては、発振モードを単一縦モード化するエタ
ロン等が挿入されるために共振器ロスが大きくなり、こ
の点からも高出力化が困難となっている。
【０００９】さらにこの種のレーザーダイオード励起固
体レーザーにおいては、波長変換の位相整合を取るため
に、高精度の温度制御を行なう必要があり、そのために
出力安定性に欠けるという問題も認められる。またこの
レーザーダイオード励起固体レーザーは、非線形光学結
晶やエタロンが設けられるため部品点数が多く、コスト
が高くつくものとなっていた。
体レーザーにおいては、波長変換の位相整合を取るため
に、高精度の温度制御を行なう必要があり、そのために
出力安定性に欠けるという問題も認められる。またこの
レーザーダイオード励起固体レーザーは、非線形光学結
晶やエタロンが設けられるため部品点数が多く、コスト
が高くつくものとなっていた。
【００１０】またＩｎＧａＮ系レーザーダイオードで
は、Ｉｎの含有量を増やすのに従って発振波長が長波長
化するので、波長470 〜490 ｎｍの青色領域のレーザー
ビームや波長520 〜550 ｎｍの緑色領域のレーザービー
ムを発振させることも理論上は可能である。しかし、Ｉ
ｎの含有量を増やすにつれて結晶性が悪化するという事
情があるため、実用上はＩｎの含有量をさほど多くする
ことはできず、450 ｎｍ程度が長波長化の限界となって
いる。
は、Ｉｎの含有量を増やすのに従って発振波長が長波長
化するので、波長470 〜490 ｎｍの青色領域のレーザー
ビームや波長520 〜550 ｎｍの緑色領域のレーザービー
ムを発振させることも理論上は可能である。しかし、Ｉ
ｎの含有量を増やすにつれて結晶性が悪化するという事
情があるため、実用上はＩｎの含有量をさほど多くする
ことはできず、450 ｎｍ程度が長波長化の限界となって
いる。
【００１１】また、他に青色光が得られるレーザーダイ
オードとして、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓから
なる活性層を有するレーザーダイオードがある。これら
においては、Ａｓをドープすることによって長波長化が
可能となるが、Ａｓの含有量を増やすにつれて、やはり
結晶性が悪化するという問題があり、高出力化できる波
長としては450 〜460 ｎｍ程度となってしまう。
オードとして、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓから
なる活性層を有するレーザーダイオードがある。これら
においては、Ａｓをドープすることによって長波長化が
可能となるが、Ａｓの含有量を増やすにつれて、やはり
結晶性が悪化するという問題があり、高出力化できる波
長としては450 〜460 ｎｍ程度となってしまう。
【００１２】さらにＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダイオー
ドには、500 ｎｍ以上の長波長でないと連続室温発振で
きない、寿命が現状では100 時間程度しかない、という
問題がある。
ドには、500 ｎｍ以上の長波長でないと連続室温発振で
きない、寿命が現状では100 時間程度しかない、という
問題がある。
【００１３】本出願人は上記の事情に鑑みて、効率良く
高出力の青色領域や緑色領域のレーザービームを発生可
能で、また低コストでかつ出力安定性も高いレーザーダ
イオード励起固体レーザーを先に提案した（特開平１１
−１７２６６号参照）。このレーザーダイオード励起固
体レーザーは、前述のＰｒ3+が添加された固体レーザー
結晶を、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード（活性層がＩ
ｎＧａＮ系材料からなるレーザーダイオード）ＩｎＧａ
ＮＡｓ系レーザーダイオード（活性層がＩｎＧａＮＡｓ
系材料からなるレーザーダイオード）あるいはＧａＮＡ
ｓ系レーザーダイオード（活性層がＧａＮＡｓ系材料か
らなるレーザーダイオード）によって励起することを特
徴とするものである。
高出力の青色領域や緑色領域のレーザービームを発生可
能で、また低コストでかつ出力安定性も高いレーザーダ
イオード励起固体レーザーを先に提案した（特開平１１
−１７２６６号参照）。このレーザーダイオード励起固
体レーザーは、前述のＰｒ3+が添加された固体レーザー
結晶を、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード（活性層がＩ
ｎＧａＮ系材料からなるレーザーダイオード）ＩｎＧａ
ＮＡｓ系レーザーダイオード（活性層がＩｎＧａＮＡｓ
系材料からなるレーザーダイオード）あるいはＧａＮＡ
ｓ系レーザーダイオード（活性層がＧａＮＡｓ系材料か
らなるレーザーダイオード）によって励起することを特
徴とするものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】このレーザーダイオー
ド励起固体レーザーは、所期の目的を達成するものであ
るが、固体レーザー結晶における励起光の吸収量が未だ
十分ではなく、この点に改善の余地が残されている。
ド励起固体レーザーは、所期の目的を達成するものであ
るが、固体レーザー結晶における励起光の吸収量が未だ
十分ではなく、この点に改善の余地が残されている。
【００１５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡ
ｓからなる活性層を有するレーザーダイオードによって
固体レーザー結晶を励起するレーザーダイオード励起固
体レーザーにおいて、固体レーザー結晶での励起光の吸
収量を大きくして、高効率化および高出力化を実現する
ことを目的とする。
であり、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡ
ｓからなる活性層を有するレーザーダイオードによって
固体レーザー結晶を励起するレーザーダイオード励起固
体レーザーにおいて、固体レーザー結晶での励起光の吸
収量を大きくして、高効率化および高出力化を実現する
ことを目的とする。
【００１６】
【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、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固体レーザー
結晶を、ＧａＮ系レーザーダイオードすなわち、ＩｎＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる活性
層を有するレーザーダイオードによって励起する構成を
有する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、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固体レーザー
結晶を、ＧａＮ系レーザーダイオードすなわち、ＩｎＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる活性
層を有するレーザーダイオードによって励起する構成を
有することを特徴とするものである。
【００１７】なおこのレーザーダイオード励起固体レー
ザーにおいては、波長465 〜495 ｎｍの青色領域のレー
ザービームを発振させることもできるし、波長515 〜55
5 ｎｍの緑色領域のレーザービームを発振させることも
できし、さらには、波長600〜660 ｎｍの赤色領域のレ
ーザービームを発振させることもできる。
ザーにおいては、波長465 〜495 ｎｍの青色領域のレー
ザービームを発振させることもできるし、波長515 〜55
5 ｎｍの緑色領域のレーザービームを発振させることも
できし、さらには、波長600〜660 ｎｍの赤色領域のレ
ーザービームを発振させることもできる。
【００１８】
【発明の効果】Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ
3+、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、下準
位に落とすことにより、Ｐｒ3+の発振ラインである青、
緑、赤色領域の発振が可能となる。
3+、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、下準
位に落とすことにより、Ｐｒ3+の発振ラインである青、
緑、赤色領域の発振が可能となる。
【００１９】波長380 〜430 ｎｍ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 〜410 ｎｍ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+、Ｐｍ
3+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。
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 〜410 ｎｍ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+、Ｐｍ
3+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。
【００２０】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
に高寿命、高出力が得やすい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
青色や緑色領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
に高寿命、高出力が得やすい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
青色や緑色領域のレーザービームを発生可能となる。
【００２１】なお励起光源であるＧａＮ系レーザーダイ
オードとしては、単一縦、横モード型のものを使用でき
ることは勿論、その他ブロードエリア型、フェーズドア
レー型、あるいはＭＯＰＡ型の高出力タイプのものを１
個または複数個使用することもできる。そのようにする
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、さらなる高出力、例えばＷ（ワット）クラスの高
出力を得ることも可能である。
オードとしては、単一縦、横モード型のものを使用でき
ることは勿論、その他ブロードエリア型、フェーズドア
レー型、あるいはＭＯＰＡ型の高出力タイプのものを１
個または複数個使用することもできる。そのようにする
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、さらなる高出力、例えばＷ（ワット）クラスの高
出力を得ることも可能である。
【００２２】また、それに加えて本発明のレーザーダイ
オード励起固体レーザーは、非線形光学結晶やエタロン
等を必要とするものではないから、それらによるロスが
なく、したがって高効率で青色や緑色領域のレーザービ
ームを発生可能となる。具体的には、50％以上のスロー
プ効率を得ることも可能である。そしてこのように非線
形光学結晶やエタロン等を必要としないことから、本発
明のレーザーダイオード励起固体レーザーは光学部品が
少なくて簡潔な構成となり、そして温度安定領域も広い
ものとなる。したがって本発明のレーザーダイオード励
起固体レーザーは、低コストで、安定性の高い光源とな
り得るものである。
オード励起固体レーザーは、非線形光学結晶やエタロン
等を必要とするものではないから、それらによるロスが
なく、したがって高効率で青色や緑色領域のレーザービ
ームを発生可能となる。具体的には、50％以上のスロー
プ効率を得ることも可能である。そしてこのように非線
形光学結晶やエタロン等を必要としないことから、本発
明のレーザーダイオード励起固体レーザーは光学部品が
少なくて簡潔な構成となり、そして温度安定領域も広い
ものとなる。したがって本発明のレーザーダイオード励
起固体レーザーは、低コストで、安定性の高い光源とな
り得るものである。
【００２３】さらに本発明のレーザーダイオード励起固
体レーザーは、波長変換を行なうものではないから、位
相整合を取るための高精度の温度制御は不要であり、よ
って、この温度制御のために出力安定性が損なわれるよ
うなことはなく、出力安定性も高いものとなる。
体レーザーは、波長変換を行なうものではないから、位
相整合を取るための高精度の温度制御は不要であり、よ
って、この温度制御のために出力安定性が損なわれるよ
うなことはなく、出力安定性も高いものとなる。
【００２４】
【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、発散光であるレーザービーム10を集
光する集光レンズ12と、Ｐｒ3+およびＥｒ3+が共ドープ
された固体レーザー媒質であるＬｉＹＦ4 結晶（以下、
Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶と称する）13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、発散光であるレーザービーム10を集
光する集光レンズ12と、Ｐｒ3+およびＥｒ3+が共ドープ
された固体レーザー媒質であるＬｉＹＦ4 結晶（以下、
Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶と称する）13とを有してい
る。
【００２５】以上の各要素11〜13はペルチェ素子14の上
に固定されている。またこのペルチェ素子14上には温度
検出用のサーミスタ15が固定され、このサーミスタ15の
出力は図示しない温度調節回路に入力されるようなって
いる。そしてこの温度調節回路により、サーミスタ15の
出力に基づいてペルチェ素子14が駆動され、レーザーダ
イオード11、集光レンズ12およびＰｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬ
Ｆ結晶13が所定温度に保たれる。
に固定されている。またこのペルチェ素子14上には温度
検出用のサーミスタ15が固定され、このサーミスタ15の
出力は図示しない温度調節回路に入力されるようなって
いる。そしてこの温度調節回路により、サーミスタ15の
出力に基づいてペルチェ素子14が駆動され、レーザーダ
イオード11、集光レンズ12およびＰｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬ
Ｆ結晶13が所定温度に保たれる。
【００２６】レーザーダイオード11としては、発振波長
410 ｎｍのブロードエリア型ＩｎＧａＮ系レーザーダイ
オードが用いられている。またＰｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ
結晶13の光入射面である後方端面13ａには、波長410 ｎ
ｍの光は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、後
述する波長479 ｎｍ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、この479 ｎｍ以外のＰ
ｒ3+の発振線つまり528 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍ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、一方この結晶13の光出射
面である前方端面13ｂには、波長479 ｎｍの光を１％だ
け透過させ（反射率99％）、上記528 ｎｍおよび600 〜
650 ｎｍ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。
410 ｎｍのブロードエリア型ＩｎＧａＮ系レーザーダイ
オードが用いられている。またＰｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ
結晶13の光入射面である後方端面13ａには、波長410 ｎ
ｍの光は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、後
述する波長479 ｎｍ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、この479 ｎｍ以外のＰ
ｒ3+の発振線つまり528 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍ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、一方この結晶13の光出射
面である前方端面13ｂには、波長479 ｎｍの光を１％だ
け透過させ（反射率99％）、上記528 ｎｍおよび600 〜
650 ｎｍ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。
【００２７】ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード11から発
せられた波長410 ｎｍのレーザービーム10は、Ｐｒ3+、
Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13の後方端面13ａから該結晶13内に
入射する。Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13においては、
入射したレーザービーム10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479 ｎｍの光を発する。なお、この場合の遷
移は 3Ｐ0 → 3Ｈ4 と考えられる。
せられた波長410 ｎｍのレーザービーム10は、Ｐｒ3+、
Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13の後方端面13ａから該結晶13内に
入射する。Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13においては、
入射したレーザービーム10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479 ｎｍの光を発する。なお、この場合の遷
移は 3Ｐ0 → 3Ｈ4 と考えられる。
【００２８】この光は上記の通りのコーティングが施さ
れている結晶端面13ａ、13ｂの間で共振し、レーザー発
振を引き起こす。こうして発生した波長479 ｎｍの青色
のレーザービーム16は、Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13
の前方端面13ｂから出射する。なお上記のコーティング
の特性により、479 ｎｍ以外のＰｒ3+の発振線つまり52
8 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍでの発振は抑制される。
れている結晶端面13ａ、13ｂの間で共振し、レーザー発
振を引き起こす。こうして発生した波長479 ｎｍの青色
のレーザービーム16は、Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13
の前方端面13ｂから出射する。なお上記のコーティング
の特性により、479 ｎｍ以外のＰｒ3+の発振線つまり52
8 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍでの発振は抑制される。
【００２９】波長410 ｎｍは、ＩｎＧａＮ系レーザーダ
イオード11の最大出力が得られる波長帯にあるので、Ｐ
ｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13における波長410 ｎｍのレ
ーザービーム10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。具体的に本実施形態において
は、出力600 ｍＷのレーザーダイオード11を用いて、出
力50ｍＷの青色のレーザービーム16を得ることができ
た。
イオード11の最大出力が得られる波長帯にあるので、Ｐ
ｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶13における波長410 ｎｍのレ
ーザービーム10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。具体的に本実施形態において
は、出力600 ｍＷのレーザーダイオード11を用いて、出
力50ｍＷの青色のレーザービーム16を得ることができ
た。
【００３０】それに対して、Ｐｒ3+のみがドープされた
ＹＬＦ結晶を用い、それをＩｎＧａＮ系レーザーダイオ
ードから発生させた波長444 ｎｍのレーザービームで励
起する場合は、励起光出力が同様に600 ｍＷのとき、青
色レーザービームの出力は１ｍＷにとどまった。
ＹＬＦ結晶を用い、それをＩｎＧａＮ系レーザーダイオ
ードから発生させた波長444 ｎｍのレーザービームで励
起する場合は、励起光出力が同様に600 ｍＷのとき、青
色レーザービームの出力は１ｍＷにとどまった。
【００３１】次に図２を参照して、本発明の第２の実施
形態を説明する。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、それらについての重複
した説明は省略する。
形態を説明する。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、それらについての重複
した説明は省略する。
【００３２】この第２の実施形態のレーザーダイオード
励起固体レーザーにおいても、固体レーザー媒質として
はＰｒ3+およびＥｒ3+が共ドープされたＹＬＦ結晶（Ｐ
ｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶）23が用いられている。
励起固体レーザーにおいても、固体レーザー媒質として
はＰｒ3+およびＥｒ3+が共ドープされたＹＬＦ結晶（Ｐ
ｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶）23が用いられている。
【００３３】そしてこのＰｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23
の光入射面である後方端面23ａには、波長410 ｎｍの光
は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、後述する
波長528 ｎｍ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、この528 ｎｍ以外のＰｒ3+の
発振線つまり479 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍ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、一方この結晶23の光出射面であ
る前方端面23ｂには、波長528 ｎｍの光を１％だけ透過
させ（反射率99％）、上記479 ｎｍおよび600 〜650 ｎ
ｍ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。
の光入射面である後方端面23ａには、波長410 ｎｍの光
は80％以上の透過率で良好に透過させる一方、後述する
波長528 ｎｍ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、この528 ｎｍ以外のＰｒ3+の
発振線つまり479 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍ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、一方この結晶23の光出射面であ
る前方端面23ｂには、波長528 ｎｍの光を１％だけ透過
させ（反射率99％）、上記479 ｎｍおよび600 〜650 ｎ
ｍ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。
【００３４】ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード11から発
せられた波長410 ｎｍのレーザービーム10は、Ｐｒ3+、
Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23の後方端面23ａから該結晶23内に
入射する。Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23においては、
入射したレーザービーム10によってＥｒ3+が励起され、
そして励起された電子が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528 ｎｍの光を発する。なお、この場合
の遷移は 3Ｐ1 → 3Ｈ5 と考えられる。
せられた波長410 ｎｍのレーザービーム10は、Ｐｒ3+、
Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23の後方端面23ａから該結晶23内に
入射する。Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23においては、
入射したレーザービーム10によってＥｒ3+が励起され、
そして励起された電子が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528 ｎｍの光を発する。なお、この場合
の遷移は 3Ｐ1 → 3Ｈ5 と考えられる。
【００３５】この光は上記の通りのコーティングが施さ
れている結晶端面23ａ、23ｂの間で共振し、レーザー発
振を引き起こす。こうして発生した波長528 ｎｍの緑色
のレーザービーム26は、Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23
の前方端面23ｂから出射する。なお上記のコーティング
の特性により、528 ｎｍ以外のＰｒ3+の発振線つまり47
9 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍでの発振は抑制される。
れている結晶端面23ａ、23ｂの間で共振し、レーザー発
振を引き起こす。こうして発生した波長528 ｎｍの緑色
のレーザービーム26は、Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶23
の前方端面23ｂから出射する。なお上記のコーティング
の特性により、528 ｎｍ以外のＰｒ3+の発振線つまり47
9 ｎｍおよび600 〜650 ｎｍでの発振は抑制される。
【００３６】この場合も、前述と同様の理由により、高
効率化および高出力化が達成される。具体的に本実施形
態においては、出力600 ｍＷのレーザーダイオード11を
用いて、出力100ｍＷの緑色のレーザービーム26を得る
ことができた。
効率化および高出力化が達成される。具体的に本実施形
態においては、出力600 ｍＷのレーザーダイオード11を
用いて、出力100ｍＷの緑色のレーザービーム26を得る
ことができた。
【００３７】それに対して、Ｐｒ3+のみがドープされた
ＹＬＦ結晶を用い、それをＩｎＧａＮ系レーザーダイオ
ードから発生させた波長444 ｎｍのレーザービームで励
起する場合は、励起光出力が同様に600 ｍＷのとき、緑
色レーザービームの出力は10ｍＷにとどまった。
ＹＬＦ結晶を用い、それをＩｎＧａＮ系レーザーダイオ
ードから発生させた波長444 ｎｍのレーザービームで励
起する場合は、励起光出力が同様に600 ｍＷのとき、緑
色レーザービームの出力は10ｍＷにとどまった。
【００３８】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。
【００３９】また、上に説明した２つの実施形態はそれ
ぞれ青色、緑色の固体レーザービームを発振させるもの
であるが、本発明においては、600 〜660 ｎｍの波長領
域の赤色のレーザービームを発振させることも可能であ
る。
ぞれ青色、緑色の固体レーザービームを発振させるもの
であるが、本発明においては、600 〜660 ｎｍの波長領
域の赤色のレーザービームを発振させることも可能であ
る。
【００４０】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。
【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 レーザービーム（励起光） 11 ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード 12 集光レンズ 13、23 Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶 13ａ、23ａ Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶の後端面 13ｂ、23ｂ Ｐｒ3+、Ｅｒ3+：ＹＬＦ結晶の前端面 14 ペルチェ素子 15 サーミスタ 16 青色の固体レーザービーム 26 緑色の固体レーザービーム
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｅｒ3+、Ｈｏ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ
3+、Ｐｍ3+およびＮｄ3+のうちの少なくとも１つとＰｒ
3+とが共ドープされた固体レーザー結晶を、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなる活性層
を有するレーザーダイオードによって励起する構成を有
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】 465 〜495 ｎｍの波長領域のレーザービ
ームを発振させ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】 515 〜555 ｎｍの波長領域のレーザービ
ームを発振させ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４】 600 〜660 ｎｍの波長領域のレーザービ
ームを発振させ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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20681699A JP2001036176A (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 |
|---|---|---|---|
| JP20681699A JP2001036176A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | レーザーダイオード励起固体レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036176A true JP2001036176A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16529574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20681699A Pending JP2001036176A (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) | JP2001036176A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103704A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光装置、レーザディスプレイ、内視鏡 |
| JP2008023262A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光装置、レーザディスプレイ、内視鏡 |
| JP2008034457A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Fujifilm Corp | 固体レーザ発振装置および固体レーザ増幅装置 |
| JP2008034459A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Fujifilm Corp | 固体レーザ発振装置 |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
-
1999
- 1999-07-21 JP JP20681699A patent/JP2001036176A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
| JP2007103704A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光装置、レーザディスプレイ、内視鏡 |
| JP2008023262A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光装置、レーザディスプレイ、内視鏡 |
| JP2008034457A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Fujifilm Corp | 固体レーザ発振装置および固体レーザ増幅装置 |
| JP2008034459A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Fujifilm Corp | 固体レーザ発振装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040823 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061120 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061130 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070327 |