JP2001332787A - 固体レーザ - Google Patents

固体レーザ

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JP2001332787A
JP2001332787A JP2000154031A JP2000154031A JP2001332787A JP 2001332787 A JP2001332787 A JP 2001332787A JP 2000154031 A JP2000154031 A JP 2000154031A JP 2000154031 A JP2000154031 A JP 2000154031A JP 2001332787 A JP2001332787 A JP 2001332787A
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solid
state laser
cooling element
electronic cooling
resonator
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JP2000154031A
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English (en)
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Takashi Otsuka
尚 大塚
Kazuhiko Nagano
和彦 永野
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 筐体に固定した電子冷却素子によって共振器
部分を温度調節するようにした固体レーザにおいて、共
振器長の変化や、その変化量のバラツキを十分に少なく
抑える。 【解決手段】 筐体1の上に電子冷却素子2の下面2a
が固定され、この電子冷却素子2の上面2bに例えばN
d:YAG結晶13と共振器ミラー14とで構成される共振
器の部分が固定されてなる固体レーザにおいて、電子冷
却素子2として、その下面2aの反り量が100μm以下
のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体レーザに関し、
特に詳細には、共振器部分を電子冷却素子によって所定
温度に温度調節するようにした固体レーザに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】例えば特開昭62−189783号公報
に示されているように、ネオジウム等の希土類が添加さ
れた固体レーザ媒質を半導体レーザ(レーザダイオー
ド)によってポンピングする固体レーザが公知となって
いる。この固体レーザにおいては、より短波長のレーザ
ビームを得るために、その共振器内に非線形光学材料か
らなる光波長変換素子を配置して、固体レーザ発振光を
第2高調波等に波長変換することも広く行なわれてい
る。
【0003】この種の固体レーザにおいては、共振器長
の変化による出力変動等の問題を防止するために、共振
器部分を電子冷却素子(ペルチェ素子)の上面すなわち
冷却面上に固定して、所定温度に温度調節することが一
般に行なわれている。なお、上述のように固体レーザ発
振光を波長変換する場合は、この温度調節を行なうこと
により、所定の位相整合状態(位相整合波長や位相整合
温度)を維持することも可能となる。この温度調節は通
常、共振器部分の温度を検出し、その検出温度に基づい
て電子冷却素子の駆動を制御することによってなされ
る。
【0004】またその場合、電子冷却素子はその下面を
筐体の底面の上に固定して、該筐体内に収納されること
が多い。この筐体は、光学部品の保護や外部との断熱の
ために用いられるものであり、その場合は、筐体に設け
たビーム取出し窓からレーザビームを取り出すようにし
て使用される。このように筐体の上に電子冷却素子の下
面を固定し、この電子冷却素子の上面に共振器部分を固
定してなる固体レーザについては、例えば特開平7−1
42803号公報に一例が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
して共振器部分を温度調節するようにした従来の固体レ
ーザにおいては、温度調節しているにも拘わらず共振器
長が変化し、しかもその変化量は同じ型式の電子冷却素
子を用いていてもバラバラになるので、出力変動を抑制
するのが非常に難しいという問題が認められている。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、筐体に固定した電子冷却素子によって共振器部
分を温度調節するようにした固体レーザにおいて、共振
器長の変化や、その変化量のバラツキを十分に少なく抑
えることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の固体
レーザは、前述したように筐体の上に電子冷却素子の下
面が固定され、この電子冷却素子の上面に共振器部分が
固定されてなる固体レーザにおいて、電子冷却素子とし
て、その下面の反り量が100μm以下のものが用いられ
ていることを特徴とするものである。
【0008】なお上記の「反り量」は、電子冷却素子の
下面の一部を定盤等の平坦な面上に定着させたとき、電
子冷却素子下面の別の部分がこの面から離間する量の最
大値で定義するものとする。
【0009】また本発明による第2の固体レーザは、上
記と同様に筐体の上に電子冷却素子の下面が固定され、
この電子冷却素子の上面に共振器部分が固定されてなる
固体レーザにおいて、電子冷却素子の下面と前記筐体と
の間の隙間に接着剤が充填されていることを特徴とする
ものである。
【0010】なお、本発明による以上の構成は、固体レ
ーザ発振光を波長変換する光波長変換素子が共振器内に
配設されている固体レーザにおいて適用されるのが望ま
しい。
【0011】
【発明の効果】従来の固体レーザにおいて、温度調節し
ているにも拘わらず共振器長が変化したり、その変化量
にバラツキが生じるのは、下記の理由によるものと考え
られる。すなわち、電子冷却素子においては当然上面と
下面との間で温度差が生じて熱膨張量も異なり、そのた
めに電子冷却素子に反りが生じて共振器長に影響が及ぶ
ことになる。そして本発明者の研究によると、この共振
器長の変化量は、電子冷却素子の下面と筐体との間の隙
間の大きさに依存していることが判明した。
【0012】つまり、もしこの隙間が無い程に電子冷却
素子の下面と筐体とが強固に固定されていれば、電子冷
却素子が変形しようとしても筐体の剛性によって変形が
防止されるが、隙間がある場合は筐体による変形防止効
果が低くなり、共振器長が変化してしまうのである。そ
して、このときの共振器長の変化量は隙間が大きいほど
大となるので、同じ型式の電子冷却素子を用いていても
この変化量にバラツキが生じるのである。
【0013】この新しい知見に鑑みて、本発明による第
1の固体レーザでは、電子冷却素子としてその下面の反
り量が100μm以下のものを用いたことにより、共振器
長の変化量が小さく抑えられ、またこのように共振器長
の変化量が元より少ないので、当然そのバラツキも少な
く抑えられることになる。なお後に詳しく説明するが、
共振器長の変化量は、上記反り量が100μm以下である
と、特に小さく抑えられるものである。
【0014】他方、本発明による第2の固体レーザで
は、電子冷却素子の下面と筐体との間の隙間に接着剤を
充填したことにより、この隙間を無くして、筐体の剛性
による電子冷却素子の変形防止効果を十分に高めること
ができる。そこでこの第2の固体レーザにおいても、共
振器長の変化量が小さく抑えられ、またその変化量のバ
ラツキも少なく抑えられるようになる。上記接着剤とし
ては、エポキシ系接着剤やシリコン系接着剤等を好適に
用いることができる。
【0015】なお、固体レーザ発振光を波長変換する光
波長変換素子が共振器内に配設されている固体レーザに
対して本発明を適用した場合は、共振器長の変化量が小
さく抑えられることにより発振波長の変動が小さく抑え
られ、よって、位相整合状態が確実に維持されるように
なる。
【0016】
【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
施形態による半導体レーザ励起固体レーザの側面形状を
示すものである。この固体レーザは、外側筐体1と、こ
の外側筐体1の内部に配され、放熱面(下面)2aが該
外側筐体1に保持された電子冷却素子(ペルチェ素子)
2と、同じく外側筐体1の内部に配されて電子冷却素子
2の冷却面(上面)2b上に固定された内側筐体3と、
この内側筐体3の内部に収納された光学モジュール4
と、内側筐体3の内部温度を検出する温度センサ5と、
この温度センサ5の出力に基づいて上記電子冷却素子2
の駆動を制御する制御回路6とを有している。
【0017】まず、光学モジュール4について詳しく説
明する。この光学モジュール4は、ポンピング光として
のレーザビーム10を発する半導体レーザ(フェーズドア
レイレーザ)11と、発散光である上記レーザビーム10を
集束させる集光レンズ12と、ネオジウム(Nd)がドー
ピングされた固体レーザ媒質であるYAG結晶(以下、
Nd:YAG結晶と称する)13と、このNd:YAG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、この共振器ミラー14とNd:YAG結晶13との間に
配されたKN結晶15と、このKN結晶15と共振器ミラー
14との間に配されたエタロン16とからなる。
【0018】半導体レーザ11としては、波長808 nmの
レーザビーム10を発するものが用いられている。またN
d:YAG結晶13は、一例としてNd濃度が1at%で、
厚さが1mmのものである。このNd:YAG結晶13は
入射したレーザビーム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946 nmの光を発する。この
光は、適宜のコーティングが施されたNd:YAG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、レーザ発振が引き起こされる。
【0019】こうして得られた波長946 nmの固体レー
ザビーム20はエタロン16によって単一縦モード化され、
そして非線形光学材料であるKN結晶15により、波長が
1/2すなわち473 nmの青色の第2高調波21に変換さ
れる。この第2高調波21は共振器ミラー14を透過し、内
側筐体3のビーム取出し窓3aおよび外側筐体1のビー
ム取出し窓1aを通して外部に取り出される。
【0020】なお、内側筐体3のビーム取出し窓3aに
は、第2高調波21に対する無反射コートが施されたガラ
ス板3bが取り付けられ、この内側筐体3による断熱効
果が損なわれないようにされている。また外側筐体1の
ビーム取出し窓1aにも、同様のガラス板1bが取り付
けられている。
【0021】次に温度調節について説明する。Nd:Y
AG結晶13と共振器ミラー14とで構成される固体レーザ
共振器の内部には、温度センサ5が配設されている。こ
の温度センサ5は共振器内部の温度を測定し、温度検出
信号S1を制御回路6に入力する。制御回路6はこの信
号S1に基づいて電子冷却素子2の駆動を制御し、その
冷却面2b上の光学モジュール4の温度、つまり固体レ
ーザの共振器部分および半導体レーザ11の温度を目標値
に保つように調節する。
【0022】本実施形態では電子冷却素子2として、そ
の下面2aの反り量が100μm以下のものが選択して用
いられている。なおこの「反り量」は、図2に示すよう
に、電子冷却素子2の下面2aの一部を定盤等の平坦な
面30の上に定着させたとき、該下面2aの別の部分がこ
の平坦面30から離間する量の最大値Lで定義するもので
ある。このような電子冷却素子2を用いれば、共振器長
つまりNd:YAG結晶13の端面13aと共振器ミラー14
のミラー面14aとの間の距離の変化量が小さく抑えられ
る。またこのように共振器長の変化量が元より少なけれ
ば、当然そのバラツキも少なく抑えられることになる。
【0023】ここで図3に、基本的構成は本実施形態の
ものと同様で、電子冷却素子2の反り量が種々異なる複
数の半導体レーザ励起固体レーザについて、それぞれ共
振器長の変化量を測定した結果を示す。ここに示されて
いる通り、共振器長の変化量は、上記反り量が100μm
を超えると特に大きくなる傾向にあり、この反り量が10
0μm以下である場合は小さく抑えられている。
【0024】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図4は、本発明の第2の実施形態による半導体
レーザ励起固体レーザの一部の側面形状を示すものであ
る。この半導体レーザ励起固体レーザは、外側筐体1に
対する電子冷却素子2の固定構造が図1の半導体レーザ
励起固体レーザと異なるものであり、その他の部分は全
て図1の半導体レーザ励起固体レーザと同様に形成され
ている。
【0025】すなわちこの半導体レーザ励起固体レーザ
においては、電子冷却素子2の下面2aと外側筐体1と
の間の隙間に接着剤40が充填されている。その接着剤40
の充填は、例えば電子冷却素子2の下面2aと外側筐体
1とをロウ付けや接着によって固定する際に、あるいは
固定した後に行なわれる。またこの接着剤40としては、
エポキシ系接着剤やシリコン系接着剤等を好適に用いる
ことができる。
【0026】このように電子冷却素子2の下面2aと外
側筐体1との間の隙間に接着剤40を充填させて、両者間
の隙間が無い状態にしておくと、電子冷却素子2の変形
を外側筐体1の剛性によって効果的に防止することがで
きる。そこでこの第2の実施形態においても、共振器長
の変化量が小さく抑えられ、またその変化量のバラツキ
も少なく抑えられる。
【0027】以上説明した第1および第2の実施形態で
は、共振器内に配置したKN結晶15により、固体レーザ
ビーム20を第2高調波21に波長変換している。このよう
な構成において共振器長の変化量が小さく抑えられれ
ば、発振波長の変動が小さく抑えられ、よって、位相整
合状態が確実に維持されるようになる。しかし本発明
は、このような波長変換を行なわない固体レーザに対し
ても適用可能であることは勿論である。
【0028】また以上説明した第1および第2の実施形
態では、外側筐体1と内側筐体3とによる2重筐体構造
が採用されているが、本発明は1つの筐体を用いた固体
レーザに対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による固体レーザを示
す一部破断側面図
【図2】電子冷却素子の下面の反り量を説明する図
【図3】電子冷却素子の下面の反り量と共振器長の変化
量との関係を測定した結果を示すグラフ
【図4】本発明の第2の実施形態による固体レーザの要
部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
1 外側筐体 1a 外側筐体のビーム取出し窓 2 電子冷却素子 2a 電子冷却素子の放熱面(下面) 2b 電子冷却素子の冷却面(上面) 3 内側筐体 3a 内側筐体のビーム取出し窓 3c 内側筐体の配線用窓 4 光学モジュール 5 温度センサ 6 制御回路 8 リード端子 10 レーザビーム(ポンピング光) 11 半導体レーザ 12 集光レンズ 13 Nd:YAG結晶 14 共振器ミラー 15 KN結晶 16 エタロン 20 レーザビーム(固体レーザビーム) 21 第2高調波 40 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 洋二 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Fターム(参考) 5E322 DC01 EA11 5F036 AA01 BA33 5F072 AB02 HH02 HH03 JJ05 KK06 KK08 KK12 PP07 QQ02 RR01 TT12 TT28

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筐体の上に電子冷却素子の下面が固定さ
    れ、 この電子冷却素子の上面に共振器部分が固定されてなる
    固体レーザにおいて、 前記電子冷却素子として、その下面の反り量が100μm
    以下のものが用いられていることを特徴とする固体レー
    ザ。
  2. 【請求項2】 筐体の上に電子冷却素子の下面が固定さ
    れ、 この電子冷却素子の上面に共振器部分が固定されてなる
    固体レーザにおいて、 前記電子冷却素子の下面と前記筐体との間の隙間に接着
    剤が充填されていることを特徴とする固体レーザ。
  3. 【請求項3】 共振器内に、固体レーザ発振光を波長変
    換する光波長変換素子が配設されていることを特徴とす
    る請求項1または2記載の固体レーザ。
JP2000154031A 2000-05-25 2000-05-25 固体レーザ Withdrawn JP2001332787A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006269995A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Aisin Seiki Co Ltd 熱電変換モジュール及び電子デバイス
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