JP2001102667A - 半導体レーザー励起固体レーザー - Google Patents

半導体レーザー励起固体レーザー

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JP2001102667A
JP2001102667A JP27863199A JP27863199A JP2001102667A JP 2001102667 A JP2001102667 A JP 2001102667A JP 27863199 A JP27863199 A JP 27863199A JP 27863199 A JP27863199 A JP 27863199A JP 2001102667 A JP2001102667 A JP 2001102667A
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JP
Japan
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solid
state laser
crystal
semiconductor laser
laser
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JP27863199A
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Takashi Adachi
貴志 足立
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザー励起固体レーザーにおいて横
モードが高次化することを防止し、部品点数増加による
コスト増や調整困難化の問題も回避する。 【解決手段】 少なくとも固体レーザー結晶14を含んだ
共振器と、固体レーザー結晶14を励起する半導体レーザ
ー11とを備えた半導体レーザー励起固体レーザーにおい
て、共振器内に配される光学部品の少なくとも1つ、例
えば固体レーザー結晶14の光通過面14aを、共振器光軸
に直交する少なくとも1つの方向において、1/e2
として規定される固体レーザービーム20の直径の1.5〜
7倍のサイズとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザー励起
固体レーザーに関し、特に詳細には、横モードが高次化
することを防止した半導体レーザー励起固体レーザーに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば特開平7−302946号に示さ
れるように、ネオジウム等の希土類が添加された固体レ
ーザー結晶を半導体レーザー(レーザーダイオード)に
よってポンピングする半導体レーザー励起固体レーザー
が公知となっている。この半導体レーザー励起固体レー
ザーにおいては、上記特開平7−302946号にも示
されている通り、共振器内に光波長変換素子を配して、
発振した固体レーザービームを第2高調波等に波長変換
(短波長化)することも広く行なわれている。
【0003】ところで、上述のような半導体レーザー励
起固体レーザーにおいては、共振器内に配された光学部
品の欠陥や、その光通過面に付着した微小な異物等によ
り、横モードが高次化してしまう現象が認められる。こ
の現象を抑制するために、従来、例えば特開平11−1
03115号に示されるように、0次モード光の周囲部
の光路を遮断する遮光部品を設けたり、あるいは特開平
11−109426号に示されるように共振器内にアパ
ーチャやスリットを挿入することが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の遮光部
品、アパーチャあるいはスリットを設けると、当然なが
らレーザーの部品点数が増えるので、それによってレー
ザーのコストが高くついたり、さらには調整が困難にな
るという問題が生じる。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、横モードが高次化することを防止可能で、しか
も部品点数増加によるコスト増や調整困難化の問題も回
避できる半導体レーザー励起固体レーザーを提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザー励起固体レーザーは、少なくとも固体レーザー結晶
を含んだ共振器と、固体レーザー結晶を励起する半導体
レーザーとを備えた半導体レーザー励起固体レーザーに
おいて、共振器内に配される光学部品の少なくとも1つ
の光通過面が、共振器光軸に直交する少なくとも1つの
方向において、1/e2 径として規定される固体レーザ
ービーム直径(該光通過面における直径)の1.5〜7倍
のサイズとされていることを特徴とするものである。
【0007】なお1/e2 径とは、ビーム強度が、ビー
ム中心強度の1/e2 以上となっている範囲のビーム直
径である。
【0008】また上述の光学部品は、例えば固体レーザ
ー結晶であることが望ましい。また、固体レーザービー
ムを波長変換する非線形光学結晶が共振器内に配される
場合は、その非線形光学結晶であってもよい。
【0009】
【発明の効果】固体レーザー結晶を含んだ共振器におい
ては、共振器内をジグザグに複数回往復する高次の横モ
ードが存在する。この高次モードは、励起体積が大きい
ほど発振しやすくなっている。また、0次横モード光よ
りも外側の光路を通る高次モードも存在する。したがっ
て、この0次横モード光の外側の光路を遮断してやれ
ば、この高次モードの発振を抑制することができる。
【0010】上述した通り本発明の半導体レーザー励起
固体レーザーでは、共振器内に配された光学部品の少な
くとも1つの光通過面が、共振器光軸に直交する少なく
とも1つの方向において、固体レーザービーム直径の1.
5〜7倍のサイズとされていることにより、0次横モー
ド光の外側の光路を遮断したのと同様の効果が得られ
る。すなわち、光学部品の光通過面のサイズを上記のよ
うに設定しておくと、ジグザグに複数回往復する光がこ
の光学部品の外側を通ったり、あるいはこの光学部品の
エッジ部分をかすめるようになって損失が大きくなり、
発振不可能となる。それにより本発明の半導体レーザー
励起固体レーザーにおいては、高次モードの発振が確実
に抑制される。
【0011】この効果が顕著に得られるのは、上記光学
部品の光通過面のサイズが固体レーザービーム直径の7
倍以下になっている場合である。具体的に、本発明者の
実験によると、この光通過面のサイズが固体レーザービ
ーム直径の7倍を超えて7.5倍となっている場合、半導
体レーザー励起固体レーザー個体間のレーザービームの
ビーム拡がり角のばらつきは15%p-p(ピーク・トゥ・
ピーク)であったのに対し、その光通過面のサイズを固
体レーザービーム直径の7倍にした場合、上記ばらつき
は3%p-pに抑えられた。このばらつきが低いのは、横
モードが高次化していないからと考えられる。
【0012】なお、上記光学部品の光通過面のサイズ
を、固体レーザービーム直径の1.5倍よりも小さくする
と、0次横モード光自身の裾部のケラレにより、出力が
大きく低下してしまう。具体的に、上記光学部品の光通
過面のサイズが、固体レーザービーム直径の1.5倍以上
であれば、上記ケラレによる損失は事実上無視できる1
%程度に抑えることができる。上記光学部品の光通過面
のサイズが固体レーザービーム直径の1.5倍未満である
と、共振器内に貯えられる固体レーザービームのパワー
が、該サイズが固体レーザービーム直径の3倍以上の場
合と比べて1/2未満になってしまい、また特に波長変
換を行なう場合は波長変換波の出力が1/4未満になっ
てしまうので、実用には不適となる。
【0013】そして本発明の半導体レーザー励起固体レ
ーザーは、横モードが高次化することを抑制するために
新たな部品を必要とするものではないから、部品点数増
加によるコスト増や調整困難化の問題も回避できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態
による半導体レーザー励起固体レーザーの側面形状を示
すものである。この半導体レーザー励起固体レーザー
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を集光
する集光レンズ13と、ネオジウム(Nd)がドープされ
た固体レーザー結晶であるYVO4 結晶(以下、Nd:
YVO4 結晶と称する)14と、このNd:YVO4 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、Nd:YVO4 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、ブリュースター板17およびエ
タロン18とを有している。
【0015】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。ブリュース
ター板17は偏光制御素子として作用し、またエタロン18
は発振波長を単一化させる波長選択素子として作用す
る。
【0016】半導体レーザー11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。Nd:Y
VO4 結晶14は、上記レーザービーム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1064nmの光
を発する。そしてNd:YVO4 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1064nm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 532nmの第2高調波21に変換される。
【0017】共振器ミラー15のミラー面15aには、励起
光であるレーザービーム10および固体レーザービーム20
は高反射率で反射し、第2高調波21は透過させるコート
が施されており、したがってこの共振器ミラー15からは
ほぼ第2高調波21のみが出射する。
【0018】なお本例において、共振器ミラー15は曲率
半径が50mmの凹面鏡であり、そのミラー面15aとN
d:YVO4 結晶14の後方端面14aとの間の距離つまり
共振器長(図1中のL寸法)は、約10mmとされてい
る。
【0019】ここで図2に示すように、Nd:YVO4
結晶14は直方体状に加工されたものであり、その1つの
光通過面である後方端面14aのサイズは0.5mm×0.5m
mである。またNd:YVO4 結晶14は、後方端面14a
が共振器光軸に対して垂直となる向きに配されている。
【0020】そしてこの後方端面14aの位置において、
固体レーザービーム20の直径(1/e2 径)は160μm
である。したがって本実施形態の場合、共振器光軸に直
交するx方向およびy方向において、Nd:YVO4
晶14の後方端面14aのサイズは、それぞれ固体レーザー
ビーム20の直径の1.5〜7倍の範囲に含まれる約3.1倍と
なっている。そこで、この半導体レーザー励起固体レー
ザーにおいては、横モードが高次化することが確実に防
止される。その理由は、先に詳しく説明した通りであ
る。
【0021】具体的に、上記Nd:YVO4 結晶14に代
えて光通過面のサイズが3mm×3mmであるNd:Y
VO4 結晶を用い、その他の構成は上記実施形態と同様
とした比較例においては、0次横モードと高次横モード
とが混じって発振していたのが確認された。それに対し
て上記実施形態の半導体レーザー励起固体レーザーで
は、安定した0次横モード発振状態が得られた。
【0022】以上、固体レーザー結晶であるNd:YV
4 結晶の光通過面を、共振器光軸に直交する少なくと
も1つの方向において、固体レーザービーム直径の1.5
〜7倍のサイズとした実施形態について説明したが、本
発明においてこのように光通過面のサイズを規定する光
学部品は固体レーザー結晶に限られるものではなく、図
1の構成においては光波長変換素子16の光通過面のサイ
ズを上述のように規定しても、固体レーザービームの横
モードが高次化することを防止できる。そのような例と
して、次に本発明の第2実施形態を説明する。
【0023】この第2実施形態の半導体レーザー励起固
体レーザーは、図1に示した第1実施形態と比べると、
光波長変換素子16に代えて図3に示す光波長変換素子30
が用いられた点が異なり、その他の点は基本的に第1実
施形態と同様に形成されたものである。光波長変換素子
30は、非線形光学材料である、MgOがドープされたL
iNbO3 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。
【0024】図3に示される通り光波長変換素子30は、
その1つの光通過面である後方端面30aのサイズが1.8
mm×0.5mmのものである。そしてこの場合も、後方
端面30aの位置において、固体レーザービーム20の直径
(1/e2 径)は160μmである。
【0025】したがって本実施形態の場合、共振器光軸
に直交するy方向つまり結晶厚み方向において、光波長
変換素子30の後方端面30aのサイズは、固体レーザービ
ーム20の直径の1.5〜7倍の範囲に含まれる約3.1倍とな
っている。そこで、この半導体レーザー励起固体レーザ
ーにおいては、光波長変換素子30の厚み方向において、
横モードが高次化することが防止される。
【0026】なお、上記光波長変換素子30を切断して、
その後方端面30aの幅方向つまりx方向のサイズを、固
体レーザービーム20の直径の1.5〜7倍の範囲に含まれ
る値(最大で約1.1mm)にすれば、光波長変換素子30
の幅方向において横モードが高次化することも防止でき
る。さらに光波長変換素子30を、非線形光学材料であ
る、ZnO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としても、同様の効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による半導体レーザー励
起固体レーザーを示す概略側面図
【図2】図1の半導体レーザー励起固体レーザーに用い
られた固体レーザー結晶を示す斜視図
【図3】本発明の第2実施形態の半導体レーザー励起固
体レーザーに用いられた固体レーザー結晶を示す斜視図
【符号の説明】
10 レーザービーム(励起光) 11 半導体レーザー 13 集光レンズ 14 Nd:YVO4 結晶 14a Nd:YVO4 結晶の光通過面 15 共振器ミラー 16 光波長変換素子 17 ブリュースター板 18 エタロン 20 レーザービーム(固体レーザービーム) 21 第2高調波 30 光波長変換素子 30a 光波長変換素子の光通過面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも固体レーザー結晶を含んだ共
    振器と、前記固体レーザー結晶を励起する半導体レーザ
    ーとを備えた半導体レーザー励起固体レーザーにおい
    て、 前記共振器内に配された光学部品の少なくとも1つの光
    通過面が、共振器光軸に直交する少なくとも1つの方向
    において、1/e2 径として規定される固体レーザービ
    ーム直径の1.5〜7倍のサイズとされていることを特徴
    とする半導体レーザー励起固体レーザー。
  2. 【請求項2】 前記共振器内に、固体レーザービームを
    波長変換する非線形光学結晶が配されていることを特徴
    とする請求項1記載の半導体レーザー励起固体レーザ
    ー。
  3. 【請求項3】 前記光学部品が固体レーザー結晶である
    ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ
    ー励起固体レーザー。
  4. 【請求項4】 前記光学部品が前記非線形光学結晶であ
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザー励起
    固体レーザー。
  5. 【請求項5】 前記非線形光学結晶が周期ドメイン反転
    構造を有するものであることを特徴とする請求項3また
    は4記載の半導体レーザー励起固体レーザー。
  6. 【請求項6】 前記周期ドメイン反転構造を有する非線
    形光学結晶が、MgOあるいはZnOがドープされたL
    iNbO3 結晶であることを特徴とする請求項5記載の
    半導体レーザー励起固体レーザー。
JP27863199A 1999-09-30 1999-09-30 半導体レーザー励起固体レーザー Withdrawn JP2001102667A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015510273A (ja) * 2012-02-13 2015-04-02 リアルディー インコーポレイテッド レーザアーキテクチャ
JP2018005034A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社島津製作所 レーザ装置及び波長変換素子

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20061205