JP2003115628A - Laser apparatus - Google Patents

Laser apparatus

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JP2003115628A
JP2003115628A JP2001307637A JP2001307637A JP2003115628A JP 2003115628 A JP2003115628 A JP 2003115628A JP 2001307637 A JP2001307637 A JP 2001307637A JP 2001307637 A JP2001307637 A JP 2001307637A JP 2003115628 A JP2003115628 A JP 2003115628A
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JP
Japan
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laser
resonator
change
mirror
laser device
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Japanese (ja)
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Masahiro Ihara
正博 井原
Naoji Moriya
直司 森谷
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser apparatus in which the shifting amount of a laser oscillation wavelength due to a temperature change can be suppressed and which has a single longitudinal mode low noise output. SOLUTION: A laser medium 14 generates a laser beam by the excitation beam 11 of a semiconductor laser 71a so that a resonator is provided between a resonator mirror 13 and an output mirror 16 to bring about a laser oscillation. An etalon 15 is provided in the resonator to set the laser oscillation to the single longitudinal mode. An optical element and a resonator block 18 are expanded and contracted by the heat generated by a temperature change of an environment, the excitation beam, and a laser oscillation beam during operation. Even though a resonator block 12 is expanded, the expansions of both cancel each other so that the effective operational length of the resonator is not changed, because the resonator mirror 13 and the output mirror 16 are mounted at the inside of the block 12 and an output mirror block 17 and hence the laser oscillation wavelength is not shifted as well.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に係わ
り、特に、半導体レーザ励起によるレーザ媒質を用いた
内部共振型のレーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device, and more particularly to an internal resonance type laser device using a laser medium excited by a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体レーザの高効率化を実現する手法と
して励起光源に半導体レーザ(LD)を用いる方法が普
及している。LDを用いることによって、固体レーザ結
晶の吸収ピークを効率的に励起することが可能であり、
さらにLD自体の電流―光出力効率が高いため、余分な
エネルギーを必要としないなどの利点がある。半導体レ
ーザ(LD)励起固体レーザ装置はその特徴である低電
力、小型、長寿命、取扱いのし易さなどにより、研究用
はもちろん工業的にも多く用いられている。図9に従来
のLD励起固体レーザ装置を示す。ここでは青色レーザ
を実現するために、半導体レーザ71(LD)と、固体
レーザ媒質としてNd:YAG結晶73、波長変換用の
非線形光学結晶としてKNbO(KN)結晶74を用い
たLD励起固体レーザ装置について説明する。この装置
では、半導体レーザ71から出力された励起光(809
nm)が、集光レンズ72を通過し、Nd:YAG結晶
73(固体レーザ媒質)に集光される。Nd:YAG結
晶73により出力された基本波76(946nm)は、
Nd:YAG結晶73の面73aと出力ミラー78の面
78aの凹面に、基本波76(946nm)に対して高
反射コーティングが施されて構成された共振器内に閉じ
こめられレーザ発振に至る。この共振器内に波長変換用
のKNbO(KN)結晶74(非線形光学結晶)を挿入
することにより、基本波76(946nm)が、波長変
換用のKNbO(KN)結晶74から第2高調波77
(473nm)を誘発する。出力ミラー78は、基本波
76(946nm)を反射し、第2高調波77(473
nm)を透過するようにコーティングが施されており、
波長変換用のKNbO(KN)結晶74からの第2高調
波77(473nm)は、出力ミラー78を透過し外部
に出力される。そして、エタロン75は、共振器内の第
2高調波発生の際に縦モード競合によって引き起こされ
る出力不安定やモードホップ等のノイズ等の発生を抑え
るために、挿入されて発振縦モードを単一波長化してい
る。
2. Description of the Related Art A method of using a semiconductor laser (LD) as an excitation light source has become widespread as a method of realizing high efficiency of a solid-state laser. By using the LD, it is possible to efficiently excite the absorption peak of the solid-state laser crystal,
Further, since the current-light output efficiency of the LD itself is high, there is an advantage that extra energy is not required. A semiconductor laser (LD) pumped solid-state laser device is widely used not only for research but also industrially because of its features such as low power, small size, long life, and easy handling. FIG. 9 shows a conventional LD pumped solid state laser device. Here, in order to realize a blue laser, an LD pumped solid-state laser using a semiconductor laser 71 (LD), an Nd: YAG crystal 73 as a solid-state laser medium, and a KNbO 3 (KN) crystal 74 as a nonlinear optical crystal for wavelength conversion. The device will be described. In this device, the excitation light (809
nm) passes through the condenser lens 72 and is condensed on the Nd: YAG crystal 73 (solid-state laser medium). The fundamental wave 76 (946 nm) output by the Nd: YAG crystal 73 is
The concave surface of the surface 73a of the Nd: YAG crystal 73 and the concave surface of the surface 78a of the output mirror 78 are confined in a resonator constituted by applying a high-reflection coating to the fundamental wave 76 (946 nm), and laser oscillation occurs. By inserting a KNbO 3 (KN) crystal 74 (non-linear optical crystal) for wavelength conversion into this resonator, the fundamental wave 76 (946 nm) is generated from the KNbO 3 (KN) crystal 74 for wavelength conversion to the second harmonic. Wave 77
(473 nm). The output mirror 78 reflects the fundamental wave 76 (946 nm) and outputs the second harmonic wave 77 (473).
nm) is coated so that
The second harmonic wave 77 (473 nm) from the KNbO 3 (KN) crystal 74 for wavelength conversion passes through the output mirror 78 and is output to the outside. The etalon 75 is inserted to suppress the generation of noise such as output instability and mode hop caused by longitudinal mode competition when the second harmonic is generated in the resonator, and the oscillation longitudinal mode is set to a single value. The wavelength has been changed.

【0003】上記のように、非線形光学結晶(KNbO
(KN)結晶74)を用いた第2高調波77による可視
光レーザの研究・開発は盛んに行われている。その中
で、ローノイズ出力のレーザ光の要望が非常に多くなっ
ている。通常、内部共振器型の第2高調波77の発生に
おいては縦モード競合やモードホップ等によるノイズ等
が発生する。その発生を抑えるために。最も簡易な方法
として、共振器内にエタロン75を挿入し発振縦モード
単一化(単一波長化)する方法が古くから試みられてい
る。共振器内にエタロン75を挿入して使う場合、その
厚さの設計では、固体レーザ媒質(Nd:YAG結晶7
3)のゲイン幅や共振器により決定される縦モード間隔
を考慮する必要がある。最適化されたエタロン75は、
その透過ピーク位置が移動しない様に、エタロン75の
温度が一定に保たれる。しかし、エタロン75のみを温
度調整してもレーザ共振器が置かれている環境温度変化
や、レーザ共振器に用いられた光学素子等が、励起光あ
るいはレーザ発振を起しているレーザ光(基本波76)
などにより、何らかの形で温度変化を起し、実効的な共
振器長が変化する。この実効的共振器長の変化はレーザ
発振波長のシフトを意味し、レーザ発振波長が変化すれ
ば、エタロン75の透過ピーク位置に対して移動するこ
ととなり、温度を一定に保ったエタロン75の透過ピー
クとレーザ発振波長にズレを生じ、安定な低ノイズでの
レーザ発振を行う事が出来なくなり、最悪の場合モード
ホップやノイズが発生する。そのため、図9に示すよう
に、一体型の共振器になるように、基準板81にホルダ
79とホルダ80を固定し、ホルダ80にNd:YAG
結晶73(固体レーザ媒質)、KNbO(KN)結晶7
4(非線形光学結晶)、エタロン75、出力ミラー78
を接着し、ホルダ79に半導体レーザ71、集光レンズ
72を固定し、励起部及び共振部で発熱した熱を、基準
板81を介して、電子冷却素子のペルチェ素子82で冷
却し、ヒートシンク83で放散する方法が用いられてい
る。また、単一縦モードを維持するため、レーザ共振器
外において、出力ミラー78側より漏れてくる基本波7
6の縦モードをモニターしながらその信号をフィードバ
ックし、出力ミラー78の位置を圧電素子等により制御
する事で共振器長の調整を行い、エタロン透過ピークと
レーザ発振波長を同調していた。
As described above, the nonlinear optical crystal (KNbO
Research and development of a visible light laser using a second harmonic wave 77 using a 3 (KN) crystal 74) have been actively conducted. Among them, there is a great demand for low-noise output laser light. Normally, in the generation of the internal resonator type second harmonic wave 77, noise due to longitudinal mode competition, mode hopping, or the like occurs. To suppress the occurrence. As the simplest method, a method of inserting an etalon 75 into a resonator and unifying the oscillation longitudinal mode (single wavelength) has been tried for a long time. When the etalon 75 is used by inserting it in the resonator, the thickness of the etalon 75 is designed so that the solid-state laser medium (Nd: YAG crystal 7
It is necessary to consider the gain width of 3) and the longitudinal mode interval determined by the resonator. The optimized etalon 75 is
The temperature of the etalon 75 is kept constant so that the transmission peak position does not move. However, even if the temperature of only the etalon 75 is adjusted, the environmental temperature change in which the laser resonator is placed, the optical element used in the laser resonator, or the like causes excitation light or laser light that causes laser oscillation (basic Wave 76)
As a result, the temperature changes in some way and the effective resonator length changes. This change in the effective resonator length means a shift in the laser oscillation wavelength, and if the laser oscillation wavelength changes, it will move to the transmission peak position of the etalon 75, and the transmission of the etalon 75 with the temperature kept constant. The peak and the laser oscillation wavelength deviate from each other, and stable laser oscillation cannot be performed with low noise. In the worst case, mode hop or noise occurs. Therefore, as shown in FIG. 9, the holder 79 and the holder 80 are fixed to the reference plate 81 so as to form an integrated resonator, and Nd: YAG is attached to the holder 80.
Crystal 73 (solid-state laser medium), KNbO 3 (KN) crystal 7
4 (non-linear optical crystal), etalon 75, output mirror 78
The semiconductor laser 71 and the condenser lens 72 are fixed to the holder 79, and the heat generated in the excitation section and the resonance section is cooled by the Peltier element 82 of the electronic cooling element via the reference plate 81, and the heat sink 83 is attached. The method of radiation is used. Further, in order to maintain the single longitudinal mode, the fundamental wave 7 leaking from the output mirror 78 side outside the laser resonator.
While monitoring the longitudinal mode of No. 6, the signal is fed back and the position of the output mirror 78 is controlled by a piezoelectric element or the like to adjust the resonator length, and the etalon transmission peak and the laser oscillation wavelength are tuned.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ装置は以
上のように構成されているが、しかし、図9に示す装置
では、固体レーザ媒質(Nd:YAG結晶73)や出力
ミラー78が、ホルダ80の外側に取付けられている。
このような状態の取付けでは、環境などの温度変化によ
る共振器ブロックの伸縮、励起光や発振した基本波76
による発熱によって、光学部品が伸縮し、冷却をしても
各部の温度差により、固体レーザ媒質(Nd:YAG結
晶73)の実効的作用長の変化に加え、ホルダ80の伸
縮による出力ミラー78の面78aの移動などによっ
て、共振器長の実効的作用長が変化する。そのため、レ
ーザ発振波長がシフトし、安定した低ノイズでのレーザ
発振を行うことができないという問題がある。また、放
熱のみのために、固体レーザ媒質(Nd:YAG結晶7
3)の取付け位置やエタロン75の冷却のみを工夫する
ことも試みられているが、光学部品の配置とそれを取付
けている取付ブロックと全体の冷却を考慮して共振器全
体を設計しなければならないという課題がある。一方、
共振器外部に縦モードの検出器を設け、その信号をフィ
ードバックしてレーザ発振波長を安定させるシステムが
あるが、レーザ共振器より外に、縦モード測定用の装置
(例えば、ファブリー・ペロー干渉計)と、その信号を
フィードバックする回路、また、その信号により出力ミ
ラー78の位置を駆動する圧電素子、およびその駆動回
路など大きな測定装置および制御系が必要となる。これ
はLD励起固体レーザの特徴である扱い易さや小型と言
った利点を損ねることになる。
The conventional laser device is constructed as described above. However, in the device shown in FIG. 9, the solid laser medium (Nd: YAG crystal 73) and the output mirror 78 are the holders. It is attached to the outside of 80.
When mounting in such a state, expansion and contraction of the resonator block due to temperature changes such as environment, excitation light and oscillated fundamental wave 76
Due to the heat generated by the optical components, the optical component expands and contracts, and even when cooled, the temperature difference between the respective parts causes a change in the effective working length of the solid-state laser medium (Nd: YAG crystal 73), and the holder 80 expands and contracts the output mirror 78. The effective action length of the cavity length changes due to the movement of the surface 78a. Therefore, there is a problem that the laser oscillation wavelength shifts and stable laser oscillation with low noise cannot be performed. In addition, the solid-state laser medium (Nd: YAG crystal 7
Although it has been attempted to devise only the mounting position of 3) and cooling of the etalon 75, the entire resonator must be designed in consideration of the arrangement of the optical components, the mounting block mounting the optical components, and the cooling of the whole. There is a problem that does not happen. on the other hand,
There is a system in which a longitudinal mode detector is provided outside the resonator and the signal is fed back to stabilize the laser oscillation wavelength, but there is a device for measuring the longitudinal mode outside the laser resonator (for example, Fabry-Perot interferometer). ), A circuit for feeding back the signal, a piezoelectric element for driving the position of the output mirror 78 by the signal, and a large measuring device and a control system such as a driving circuit for the piezoelectric element. This impairs the advantages of the LD-pumped solid-state laser, such as ease of handling and small size.

【0005】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、環境温度変化や、励起光あるいはレー
ザ基本波などによる光学素子の発熱によって、共振器ブ
ロックや光学素子の構成部品が伸縮しても、そのレーザ
発振波長のシフト量を抑制することができ、小型で取扱
い易く、且つ、単一縦モード、低ノイズ出力のレーザ装
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 the components of the resonator block and the optical element are formed by the change of the ambient temperature and the heat generation of the optical element due to the excitation light or the laser fundamental wave. An object of the present invention is to provide a laser device that can suppress the shift amount of the laser oscillation wavelength even if it expands and contracts, is small and easy to handle, and has a single longitudinal mode and low noise output.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザ装置は、励起光によりレーザ媒質が
励起されレーザ共振器内でレーザ発振するレーザ装置に
おいて、前記レーザ共振器を構成する各素子の取付け
を、温度変化による実効的な共振器長変化に伴う波長シ
フトを抑制あるいは阻止する方向に固定するように構成
したものである。
In order to achieve the above object, a laser device of the present invention is a laser device in which a laser medium is excited by excitation light to cause laser oscillation in a laser resonator, the laser resonator being configured. Each element to be mounted is fixed so as to suppress or prevent the wavelength shift due to the effective change of the resonator length due to the temperature change.

【0007】また、本発明のレーザ装置は、励起光によ
りレーザ媒質が励起されレーザ共振器内でレーザ発振す
るレーザ装置において、前記レーザ共振器を構成するレ
ーザ媒質の取付けを、温度変化による実効的な共振器長
変化に伴う波長シフトを抑制あるいは阻止する方向に固
定するように構成したものである。
Further, the laser device of the present invention is a laser device in which a laser medium is excited by excitation light and oscillates in a laser resonator, so that the mounting of the laser medium constituting the laser resonator is effective by changing the temperature. It is configured to be fixed in a direction to suppress or prevent a wavelength shift due to a change in the cavity length.

【0008】また、本発明のレーザ装置は、励起光によ
りレーザ媒質が励起されレーザ共振器内でレーザ発振す
るレーザ装置において、前記レーザ共振器を構成する共
振器ミラーまたは出力ミラー、或は両方の取付けを、温
度変化による実効的な共振器長変化に伴う波長シフトを
抑制あるいは阻止する方向に固定するように構成したも
のである。
Further, the laser device of the present invention is a laser device in which a laser medium is excited by excitation light to cause laser oscillation in a laser resonator. In the laser device, a resonator mirror or an output mirror constituting the laser resonator, or both of them. The mounting is configured so as to be fixed in such a direction as to suppress or prevent the wavelength shift caused by the effective change in the cavity length due to the change in temperature.

【0009】また、本発明のレーザ装置は、励起光によ
りレーザ媒質が励起されレーザ共振器内でレーザ発振す
るレーザ装置において、前記レーザ共振器を構成する各
素子の取付けを、温度変化による実効的な共振器長変化
に伴う波長シフトを抑制あるいは阻止する方向に導く共
振器変化抑制部品を介して固定するように構成したもの
である。
Further, the laser device of the present invention is a laser device in which a laser medium is excited by excitation light to cause laser oscillation in the laser resonator, so that each element constituting the laser resonator is attached effectively by a temperature change. It is configured to be fixed via a resonator change suppressing component that leads or suppresses a wavelength shift due to a change in the resonator length.

【0010】また、本発明のレーザ装置は、励起光によ
りレーザ媒質が励起されレーザ共振器内でレーザ発振す
るレーザ装置において、前記レーザ共振器を構成するレ
ーザ媒質または共振器ミラー及び出力ミラーの取付け
を、温度変化による実効的な共振器長変化に伴う波長シ
フトを抑制あるいは阻止する方向に導く共振器変化抑制
部品を介して固定するように構成したものである。
Further, in the laser device of the present invention, in the laser device in which the laser medium is excited by the excitation light and oscillates in the laser resonator, the laser medium constituting the laser resonator or the resonator mirror and the output mirror are attached. Is configured to be fixed via a resonator change suppressing component that leads or suppresses a wavelength shift associated with an effective resonator length change due to a temperature change.

【0011】そして、本発明のレーザ装置は、前記レー
ザ媒質が固体レーザ結晶であることを特徴とする。そし
て、本発明のレーザ装置は、その励起光源が半導体レー
ザであることを特徴とする。そして、本発明のレーザ装
置は、共振器内に非線形光学結晶を設け波長変換できる
ようにしたものである。
The laser device of the present invention is characterized in that the laser medium is a solid laser crystal. The laser device of the present invention is characterized in that the excitation light source is a semiconductor laser. The laser device of the present invention is provided with a non-linear optical crystal in the resonator for wavelength conversion.

【0012】本発明のレーザ装置は上記のように構成さ
れており、半導体レーザ(LD)を励起光源とし、少な
くとも一つの共振器ミラー及び出力ミラー、レーザ光を
発振する固体レーザ結晶であるレーザ媒質、共振器内に
備えられたエタロン、これらを固定する冷却手段を有し
た共振器ブロックよりなり、その共振器ミラーまたは出
力ミラー、あるいは両方が、およびレーザ媒質が、共振
器ブロックに取付けられる場合、環境温度変化、励起L
Dあるいは基本波などによる発熱によって、光学素子及
び共振器ブロックが伸縮するとき、レーザ発振波長がシ
フトすることを防ぐ方向に、上記光学素子および共振器
変化抑制部品を取付けることを特徴としている。ここ
で、共振器ミラーあるいは出力ミラーは、レーザ媒質端
面がその役割を果たすことも出来る。また、波長シフト
の抑制が共振器ミラーまたは出力ミラー、あるいは両方
のみでは効果が小さい場合、より抑制効果の大きな共振
器変化抑制部品を介して共振器ミラーまたは出力ミラ
ー、あるいは両方を固定することもできる。上記のよう
に、光学素子及び共振器変化抑制部品が取付けられるこ
とにより、レーザ発振の波長がシフトすることもなく、
安定したレーザ出力を得ることができる。
The laser device of the present invention is configured as described above, and uses a semiconductor laser (LD) as an excitation light source, at least one resonator mirror and an output mirror, and a laser medium which is a solid laser crystal for oscillating laser light. , An etalon provided in the resonator, a resonator block having cooling means for fixing them, the resonator mirror or the output mirror, or both, and when the laser medium is attached to the resonator block, Environmental temperature change, excitation L
When the optical element and the resonator block expand and contract due to heat generated by D or the fundamental wave, the optical element and the resonator change suppressing component are attached in such a direction as to prevent the laser oscillation wavelength from shifting. Here, in the resonator mirror or the output mirror, the end surface of the laser medium can also play the role. Further, when the effect of suppressing the wavelength shift is small with only the resonator mirror or the output mirror, or both, it is also possible to fix the resonator mirror, the output mirror, or both via a resonator change suppressing component having a larger suppressing effect. it can. As described above, by attaching the optical element and the resonator change suppressing component, the wavelength of laser oscillation does not shift,
A stable laser output can be obtained.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明のレーザ装置の一実施例
を、図1、図2を参照しながら説明する。図1は本発明
のレーザ装置の半導体レーザ71aの励起によるレーザ
装置の断面を示す図である。図2は本発明のレーザ装置
の各構成部品の実効的作用長の変化を示す図である。図
2で示す矢印の線は長さを示すのでなく矢印線内におけ
る変化範囲を示すものである。(以下、図4、図6にお
いても同様である。) 本レーザ装置は、励起光(809nm)を出力する半導
体レーザ(LD)71aと、励起光11を共振器内に設
けられたレーザ媒質の端面に集光する集光レンズ72a
と、共振器を形成する共振器ミラーコーティング13a
を有する共振器ミラー13と、出力ミラーコーティング
16aを有する出力ミラー16と、励起光によって励起
され共振器内でレーザ発振(基本波:946nm)する
レーザ媒質14(例えば、Nd:YAG結晶等)と、共
振器内に設けられ発振縦モードを単一化(単一波長化)
するエタロン15と、共振器ミラー13が面13bで接
着固定された共振器ミラーブロック12と、出力ミラー
16が面16bで接着固定された出力ミラーブロック1
7と、共振器ミラーブロック12とレーザ媒質14とエ
タロン15と出力ミラーブロック17が接着固定された
共振器ブロック18と、共振器ブロック18を冷却する
ペルチェ素子19とから構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a laser device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a view showing a cross section of a laser device by exciting a semiconductor laser 71a of the laser device of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing changes in effective working length of each component of the laser device of the present invention. The line of the arrow shown in FIG. 2 does not show the length, but shows the range of change within the arrow line. (The same applies to FIGS. 4 and 6 below.) This laser device includes a semiconductor laser (LD) 71a that outputs pumping light (809 nm) and a laser medium provided with pumping light 11 in a resonator. Condensing lens 72a for condensing on the end face
And a resonator mirror coating 13a forming a resonator
And a laser medium 14 (for example, Nd: YAG crystal or the like) that is excited by excitation light and that oscillates within the resonator (fundamental wave: 946 nm). , Provided in the resonator to unify the oscillation longitudinal mode (single wavelength)
Etalon 15, a resonator mirror block 12 in which a resonator mirror 13 is adhesively fixed on a surface 13b, and an output mirror block 1 in which an output mirror 16 is adhesively fixed on a surface 16b.
7, a resonator mirror block 12, a laser medium 14, an etalon 15, and an output mirror block 17 are bonded and fixed to each other, and a Peltier element 19 for cooling the resonator block 18.

【0014】本レーザ装置は、環境温度が変化し、ま
た、励起用の半導体レーザ71aおよびその励起光11
あるいは基本波などによる発熱によって、光学素子及び
共振器ブロック18等が伸縮しても、そして、光学素子
の温度屈折率が変化しても、共振器長の実効的作用長の
変化(共振器長実効的作用長変化26)が極力小さくな
るように、共振器ミラー13又は出力ミラー16、ある
いは両方が、レーザ発振波長のシフトを抑制、あるいは
阻止するように形成され、共振器ブロック18に固定さ
れることを特徴としている。
In the present laser device, the ambient temperature changes, and the semiconductor laser 71a for excitation and its excitation light 11 are used.
Alternatively, even if the optical element and the resonator block 18 expand and contract due to heat generated by the fundamental wave, etc., and the temperature refractive index of the optical element changes, the effective operating length of the resonator changes (resonator length). The resonator mirror 13 or the output mirror 16 or both are formed so as to suppress or prevent the shift of the laser oscillation wavelength and are fixed to the resonator block 18 so that the effective action length change 26) becomes as small as possible. It is characterized by that.

【0015】通常、レーザ共振器は、膨張係数の小さい
材料により構成される。また、環境温度変化に対して大
きく変化(共振器ブロック実効的作用長変化25)しな
いように、ペルチェ素子19などにより温度が一定に保
たれている。同様に、レーザ媒質14や光学素子(共振
器ミラー13、エタロン15、出力ミラー16など)も
環境温度はもちろん、レーザ発振させるための励起光1
1や一旦発振した基本波による温度変化により、膨張・
屈折率変化の影響で、実効的共振器長が変化(レーザ媒
質実効的作用長変化22、共振器ミラー実効的作用長変
化21、エタロン実効的作用長変化23、出力ミラー実
効的作用長変化24など)し、発振波長がシフトするこ
とから、これらも共振器同様にペルチェ素子19などに
より温度が一定になる様に制御される。特に、エタロン
15はその透過ピーク位置の変動を抑えるため、他の光
学素子とは別に温度調整が行なわれることが多い。しか
し、レーザ媒質14や光学素子(共振器ミラー13、エ
タロン15、出力ミラー16など)の温度変化を抑える
ことはペルチェ素子19のみでは不可能である。そこ
で、光学素子(共振器ミラー13、エタロン15、出力
ミラー16など)の取付け位置と材料を工夫し、温度変
化による波長シフトを抑制、あるいは阻止する必要があ
る。
The laser resonator is usually made of a material having a small expansion coefficient. Further, the temperature is kept constant by the Peltier element 19 or the like so that the temperature does not change significantly (the resonator block effective action length change 25) with respect to the environmental temperature change. Similarly, the laser medium 14 and the optical elements (resonator mirror 13, etalon 15, output mirror 16, etc.) need not only the ambient temperature but also the excitation light 1 for causing laser oscillation.
Expansion due to temperature change due to 1 or once oscillated fundamental wave
Due to the influence of the change in the refractive index, the effective cavity length changes (laser medium effective action length change 22, resonator mirror effective action length change 21, etalon effective action length change 23, output mirror effective action length change 24 Since the oscillation wavelength shifts, these are also controlled by the Peltier element 19 or the like so that the temperature becomes constant like the resonator. In particular, in order to suppress the fluctuation of the transmission peak position of the etalon 15, the temperature is often adjusted separately from other optical elements. However, it is impossible to suppress the temperature change of the laser medium 14 and the optical elements (the resonator mirror 13, the etalon 15, the output mirror 16, etc.) only by the Peltier element 19. Therefore, it is necessary to devise the mounting positions and materials of the optical elements (resonator mirror 13, etalon 15, output mirror 16, etc.) to suppress or prevent wavelength shift due to temperature change.

【0016】通常、レーザ装置に使用される共振器ブロ
ック18などは、線膨張係数が正の値を示す。また、光
学素子も線膨張係数・温度屈折率変化共に正の値が多
い。共振器ブロックは、環境温度変化に対し、サーミス
タなどの温度計測素子により一定に保たれる。しかし、
実際に測定している所と、共振器長を決定している部分
では熱的な傾きを持っている。そのため、環境温度変化
に対し制御できない部分が発生する。その共振器ブロッ
ク18の環境温度変化による伸びをdLb/dtとす
る。一方、共振器ミラー13や出力ミラー16も環境温
度変化および励起光や基本波による温度変化によって長
さが変化する。共振器ミラー13の温度に対する変化量
をdLc/dt、出力ミラー16の変化量をdLo/d
tとする。また、レーザ媒質14も同様に環境温度変化
および励起光11や基本波による温度変化の影響を受け
る。膨張による長さ変化をdLl/dt、屈折率変化に
よる長さの変化をdLn/dtとする。共振器ブロック
18を、レーザ共振器長を決めるフレームだとすると、
共振器ミラー13と出力ミラー16の伸びを、共振器長
を短くするように共振器ブロック18に貼り付けること
で共振器ブロック18の温度による伸びと、レーザ媒質
14による伸び、エタロン15の伸びとによる波長の長
波長側へのシフトを抑制することができる。即ち、共振
器実効的作用長変化26(1℃上昇に対して)=dLb
/dt+(dLl/dt+dLn/dt)−(dLc/
dt+dLo/dt)となる。前項は共振器長を伸ばす
方向であり後項は短くする要因である。この抑制力が小
さい場合は、別の材質の材料を介して取付けることで、
より大きな抑制力を得ることができる。固体レーザ装置
などでは、レーザ媒質などに励起光11やレーザ発振光
自身による温度上昇があり、これは共振器ブロック18
の温度と同じではない場合が多い。これらの光学素子や
別の材質の材料などの選定や厚さは、予め温度に対する
実効的な共振器長の伸びなどを考慮し最適化されたもの
を使う。この中に、環境温度だけでなく励起光11によ
る温度上昇、レーザ発振したレーザ光による温度上昇も
当然考慮する。
Usually, the resonator block 18 and the like used in the laser device have a positive linear expansion coefficient. In addition, the optical element also has many positive values for both the coefficient of linear expansion and the change in refractive index with temperature. The resonator block is kept constant by a temperature measuring element such as a thermistor against a change in environmental temperature. But,
There is a thermal slope between the actual measurement and the part that determines the cavity length. Therefore, there are some parts that cannot be controlled against changes in the environmental temperature. The extension of the resonator block 18 due to the environmental temperature change is set to dLb / dt. On the other hand, the resonator mirror 13 and the output mirror 16 also change in length due to environmental temperature changes and temperature changes due to the excitation light and the fundamental wave. The change amount of the resonator mirror 13 with respect to the temperature is dLc / dt, and the change amount of the output mirror 16 is dLo / d.
t. Similarly, the laser medium 14 is also affected by environmental temperature changes and temperature changes due to the excitation light 11 and the fundamental wave. The length change due to expansion is dLl / dt, and the length change due to the refractive index change is dLn / dt. If the resonator block 18 is a frame that determines the laser resonator length,
By attaching the extensions of the resonator mirror 13 and the output mirror 16 to the resonator block 18 so as to shorten the resonator length, the extension of the resonator block 18 due to the temperature, the extension of the laser medium 14 and the extension of the etalon 15 are performed. It is possible to suppress the wavelength shift to the long wavelength side. That is, the change in the effective operating length of the resonator 26 (for an increase of 1 ° C.) = DLb
/ Dt + (dLl / dt + dLn / dt)-(dLc /
dt + dLo / dt). The former term is a direction to extend the cavity length, and the latter term is a factor to shorten it. If this suppression force is small, you can attach it through another material,
Greater suppression can be obtained. In a solid-state laser device or the like, there is a temperature rise in the laser medium due to the excitation light 11 or the laser oscillation light itself, which is caused by the resonator block 18
Often not the same as the temperature. The selection and thickness of these optical elements and other materials are optimized in consideration of the effective elongation of the resonator length with respect to temperature. Of these, not only the environmental temperature but also the temperature rise due to the excitation light 11 and the temperature rise due to the laser light oscillated by the laser are naturally taken into consideration.

【0017】次に、図1に示す本レーザ装置の動作につ
いて説明する。半導体レーザ71aから出力された励起
光11(809nm)が、集光レンズ72aによって集
光され、励起光11に対して高透過率を有する共振器ミ
ラー13の共振器ミラーコーティング13aを透過し
て、共振器内に設けられたレーザ媒質14(Nd:YA
G結晶など)の端面を励起する。励起されたレーザ媒質
14から出力された基本波(946nm)は、共振器ミ
ラーブロック12に面13bで固定された共振器ミラー
13の共振器ミラーコーティング13aと、出力ミラー
ブロック17に面16bで固定された出力ミラー16の
出力ミラーコーティング16a間で構成される共振器内
に閉じこめられレーザ発振に至る。共振器ミラーコーテ
ィング13aおよび出力ミラーコーティング16aは、
凹面上に、基本波(946nm)に対して高反射コーテ
ィングが施されている。そして、エタロン15が、共振
器内の縦モード競合やモードホップ等によるノイズ等の
発生を抑えるために、挿入されて発振縦モードを単一波
長化している。また、共振器ミラー13、出力ミラー1
6はそれぞれ共振器ミラーブロック12、出力ミラーブ
ロック17に接着固定され、共振器ブロック18に固定
されている。ここでは図示していないが、レーザ媒質1
4、エタロン15も同様にブロックにより共振器ブロッ
ク18に固定されている。この共振器ブロック18は、
温度を一定に保つためペルチェ素子19に固定されてお
り、これにより各ブロックを通し光学素子やレーザ媒質
14を一定温度に保つ。エタロン15に付いてはこの温
度で制御しても良いが、個別に温度調整の方が安定であ
る。
Next, the operation of the present laser device shown in FIG. 1 will be described. Excitation light 11 (809 nm) output from the semiconductor laser 71a is condensed by the condenser lens 72a, and is transmitted through the resonator mirror coating 13a of the resonator mirror 13 having a high transmittance for the excitation light 11, Laser medium 14 (Nd: YA) provided in the resonator
Exciting the end face of (G crystal, etc.). The fundamental wave (946 nm) output from the excited laser medium 14 is fixed on the resonator mirror block 12 by the surface 13b, and the resonator mirror coating 13a of the resonator mirror 13 is fixed on the output mirror block 17 by the surface 16b. The laser is oscillated by being confined in the resonator formed between the output mirror coatings 16a of the output mirror 16 thus formed. The resonator mirror coating 13a and the output mirror coating 16a are
A highly reflective coating for the fundamental wave (946 nm) is provided on the concave surface. Then, the etalon 15 is inserted to make the oscillation longitudinal mode into a single wavelength in order to suppress generation of noise due to longitudinal mode competition in the resonator and mode hop. Also, the resonator mirror 13 and the output mirror 1
Reference numeral 6 is adhesively fixed to the resonator mirror block 12 and the output mirror block 17, and is fixed to the resonator block 18. Although not shown here, the laser medium 1
Similarly, the etalon 15 and the etalon 15 are fixed to the resonator block 18 by blocks. This resonator block 18 is
It is fixed to the Peltier element 19 in order to keep the temperature constant, whereby the optical element and the laser medium 14 are kept at a constant temperature through each block. The etalon 15 may be controlled at this temperature, but it is more stable to adjust the temperature individually.

【0018】次に、図2に示す本レーザ装置について、
環境温度や励起光、レーザ発振した基本波などにより各
素子の温度が変わった場合、各部の実効的な伸びについ
て説明する。ここでは温度が正の方向に変化し、且つ膨
張係数・屈折率変化が正であると仮定した。共振器ミラ
ー13の取付けを共振器ミラーブロック12に対し面1
3bを、出力ミラー16の取付けを出力ミラーブロック
17に対し面16bを接着する。この共振器で共振器長
実効的作用長変化26を伸ばすのは、レーザ媒質実効的
作用長変化22、エタロン実効的作用長変化23、共振
器ブロック実効的作用長変化25である。また、各ミラ
ーブロック(12、17)の伸びは、共振器ブロック実
効的作用長変化25に比較し非常に小さいと仮定し無視
した。ここで、各ミラー(13、16)の取付けを面1
3b、面16bで行っているため、温度変化により各ミ
ラー13、16は共振器長実効的作用長変化26を短く
する方向に伸びる。その伸びを共振器ミラー実効的作用
長変化21と出力ミラー実効的作用長変化24とする。
実際の伸び量の共振器長実効的作用長変化26(1℃上
昇に対して)=(共振器ブロック実効的作用長変化25
+レーザ媒質実効的作用長変化22+エタロン実効的作
用長変化23)−(共振器ミラー実効的作用長変化21
+出力ミラー実効的作用長変化24)となる。ここで、
(共振器ブロック実効的作用長変化25+レーザ媒質実
効的作用長変化22+エタロン実効的作用長変化23)
と、(共振器ミラー実効的作用長変化21+出力ミラー
実効的作用長変化24)がほぼ同じ大きさになれば共振
器長実効的作用長変化26の変化は小さくなり、エタロ
ン15の透過ピークとのズレが小さくなりノイズ発生を
防ぐことができる。今までは、温度による各素子膨張な
どが小さい素子を用いるのが一般的であったが、本発明
のように、膨張を積極的に利用することで共振器長の変
化を抑制することが出来る。
Next, regarding the present laser device shown in FIG.
The effective elongation of each part will be described when the temperature of each element changes due to the environmental temperature, the excitation light, the fundamental wave generated by laser oscillation, or the like. Here, it is assumed that the temperature changes in the positive direction and the expansion coefficient / refractive index change is positive. Mount the resonator mirror 13 on the surface 1 with respect to the resonator mirror block 12.
3b is attached to the output mirror block 17 by attaching the output mirror 16 to the surface 16b. The resonator length effective action length change 26 is extended by the laser medium effective laser action length change 22, the etalon effective action length change 23, and the resonator block effective action length change 25. Further, the elongation of each mirror block (12, 17) was neglected on the assumption that it is very small compared to the change 25 of the effective action length of the resonator block. Now attach each mirror (13, 16) to surface 1
3b and the surface 16b, the mirrors 13 and 16 extend in a direction to shorten the cavity length effective action length change 26 due to the temperature change. The extension is referred to as a resonator mirror effective action length change 21 and an output mirror effective action length change 24.
Resonance length effective action length change 26 of actual extension amount (for increase of 1 ° C.) = (Resonator block effective action length change 25
+ Laser medium effective action length change 22 + etalon effective action length change 23)-(cavity mirror effective action length change 21
+ Output mirror effective length change 24). here,
(Cavity block effective action length change 25 + Laser medium effective action length change 22 + Etalon effective action length change 23)
When (resonator mirror effective action length change 21 + output mirror effective action length change 24) becomes almost the same size, the change in resonator length effective action length change 26 becomes small, and the transmission peak of etalon 15 becomes It is possible to prevent the occurrence of noise by reducing the deviation. Up to now, it was general to use an element whose expansion of each element due to temperature is small, but as in the present invention, it is possible to suppress the change of the resonator length by positively utilizing the expansion. .

【0019】図3は、本発明のレーザ装置の第二実施例
を示す図である。レーザ共振器は、励起光31を高透過
し、発振レーザ光を高反射する共振器ミラーコーティン
グ33aが施された面を端面に持つレーザ媒質34と、
発振レーザを高反射する出力ミラーコーティング36a
が施された出力ミラー36とからなり、励起光31が、
共振器ミラーコーティング33aを通りレーザ媒質34
に照射される。共振器内には単一縦モード化するために
エタロン35が挿入されている。また、レーザ媒質34
の面33b、出力ミラー36の面36bは、それぞれ共
振器ミラーブロック32、出力ミラーブロック37に接
着され、共振器ブロック38に固定されている。ここで
は図示していないが、エタロン35も同様にブロックに
より共振器ブロック38に固定されている。この共振器
ブロック38は、温度を一定に保つためペルチェ素子3
9に固定されており、これにより各ブロックを通し光学
素子やレーザ媒質34を一定温度に保つ。エタロン35
に付いてはこの温度で制御しても良いが、個別温度調整
の方が安定である。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the laser device of the present invention. The laser resonator has a laser medium 34 having an end surface having a resonator mirror coating 33a that highly transmits the excitation light 31 and highly reflects the oscillated laser light,
Output mirror coating 36a for highly reflecting an oscillating laser
And an output mirror 36 that has been subjected to
Laser medium 34 passes through the cavity mirror coating 33a
Is irradiated. An etalon 35 is inserted in the resonator to achieve a single longitudinal mode. In addition, the laser medium 34
The surface 33 b of the output mirror 36 and the surface 36 b of the output mirror 36 are bonded to the resonator mirror block 32 and the output mirror block 37, respectively, and fixed to the resonator block 38. Although not shown here, the etalon 35 is similarly fixed to the resonator block 38 by a block. This resonator block 38 has a Peltier element 3 for keeping the temperature constant.
The optical element and the laser medium 34 are maintained at a constant temperature through each block. Etalon 35
The temperature may be controlled at this temperature, but individual temperature adjustment is more stable.

【0020】図4は、図3の構成によるレーザ装置の、
環境温度変化や励起光・レーザ発振光による各素子・ブ
ロックの実効的作用長変化を示す図である。環境温度変
化や励起光・レーザ発振光による伸びのレーザ媒質実効
的作用長変化を42、エタロン実効的作用長変化を4
3、出力ミラー実効的作用長変化を44、共振器ブロッ
ク実効的作用長変化を45とすると、実際の伸び量の共
振器長実効的作用長変化46=(45+43)−(42
+44)・・・(1)となる。
FIG. 4 shows a laser device having the structure shown in FIG.
It is a figure which shows the effective action length change of each element / block by environmental temperature change and excitation light / laser oscillation light. The change of the effective action length of the laser medium due to the change of the environmental temperature or the excitation light / laser oscillation light is 42, and the change of the etalon effective action length is 4
3. If the output mirror effective action length change is 44 and the resonator block effective action length change is 45, the actual extension amount of the resonator length effective action length change 46 = (45 + 43) − (42
+44) ... (1).

【0021】図5は、図3と比較するために、本発明の
効果を奏さないレーザ共振器を示した図である。記号は
図3と同じである。ただ、レーザ媒質34の取付け位置
を面33cに、出力ミラー36の取付け位置を出力ミラ
ーコーティング36aの面方向にしている。
FIG. 5 is a diagram showing a laser resonator that does not exhibit the effects of the present invention, for comparison with FIG. The symbols are the same as in FIG. However, the mounting position of the laser medium 34 is on the surface 33c, and the mounting position of the output mirror 36 is on the surface direction of the output mirror coating 36a.

【0022】図6は、図4と比較するために、本発明の
効果を奏さないレーザ共振器の環境温度変化や励起光・
レーザ発振光による各素子・ブロックの実効的作用長変
化を示した図である。レーザ媒質実効的作用長変化を4
2a、エタロン実効的作用長変化を43a、出力ミラー
実効的作用長変化を44a、共振器ブロック実効的作用
長変化を45aとする。環境温度変化や励起光・レーザ
発振光による実際の伸び量の共振器長実効的作用長変化
46a=(42a+45a+43a+44a)・・・
(2)となる。ここで、同じ素子の実効的作用長変化は
同じなので、(1)、(2)より差を取り、その両者の
実効的作用長変化Δ=46a−46=2×(42a+4
4a)となる。従って、本発明により実効的共振器長へ
の効果が有効である事がわかる。この実施例ではレーザ
媒質34による実効的作用長の増加を示したが、実際に
使用する場合、屈折率変化が正であれば温度上昇により
実効的作用長は増加し、共振器長を伸ばす方向に働く。
これはどちらに取付けても同じである。
For comparison with FIG. 4, FIG. 6 shows changes in the ambient temperature of the laser resonator and the pumping light which do not exhibit the effects of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing changes in effective action length of each element / block due to laser oscillation light. Change the effective action length of the laser medium by 4
2a, the etalon effective action length change is 43a, the output mirror effective action length change is 44a, and the resonator block effective action length change is 45a. Cavity length effective action length change of actual extension amount due to environmental temperature change and excitation light / laser oscillation light 46a = (42a + 45a + 43a + 44a) ...
It becomes (2). Since the same element has the same effective action length change, the difference is obtained from (1) and (2), and the effective action length change Δ = 46a−46 = 2 × (42a + 4).
4a). Therefore, it can be seen that the effect of the present invention on the effective resonator length is effective. In this embodiment, the effective action length is increased by the laser medium 34. However, in actual use, if the change in the refractive index is positive, the effective action length is increased by the temperature rise and the resonator length is extended. To work.
This is the same regardless of the mounting method.

【0023】図7は、本発明のレーザ装置の第三実施例
を示す図である。レーザ共振器は、第二実施例と同様
に、励起光51を高透過し、発振レーザ光を高反射する
共振器ミラーコーティング53aが施された面53bを
端面に持つレーザ媒質54と、発振レーザを高反射する
出力ミラーコーティング56aが施された出力ミラー5
6から構成され、励起光が、共振器ミラーコーティング
53aを通りレーザ媒質54に照射される。共振器内に
エタロン55と基本波の第2高調波発生用の非線形光学
結晶50(例えば、KNbO(KN)結晶)が挿入され
ている。この共振器内に波長変換用の非線形光学結晶5
0(KNbO(KN)結晶)を挿入することにより、レ
ーザ媒質54で発生した基本波(946nm)が、波長
変換用の非線形光学結晶50(KNbO(KN)結晶)
から第2高調波(473nm)を誘発する。出力ミラー
56は、基本波(946nm)を反射し、第2高調波
(473nm)を透過するように出力ミラーコーティン
グ56aが施されており、波長変換用のKNbO(K
N)結晶からの第2高調波(473nm)は、出力ミラ
ー56を透過し外部に出力される。また、共振器内には
単一縦モード化するためにエタロン55が挿入されてい
る。また、レーザ媒質54、出力ミラー56はそれぞれ
共振器ミラーブロック52、出力ミラーブロック57に
接着され共振器フロック58に固定されている。ここで
は図示していないが、非線形光学結晶50、エタロン5
5も同様にブロックにより共振器ブロック58に固定さ
れている。この共振器ブロック58は、温度を一定に保
つためペルチェ素子59に固定されており、これにより
各ブロックを通し光学素子やレーザ媒質54を一定温度
に保つ。エタロン55に付いてはこの温度で制御しても
良いが、個別温度調整の方が安定である。
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the laser device of the present invention. Similar to the second embodiment, the laser resonator has a laser medium 54 having an end face having a surface 53b provided with a resonator mirror coating 53a that highly transmits the pumping light 51 and highly reflects the oscillating laser light, and an oscillating laser. Output mirror 5 with an output mirror coating 56a that highly reflects light
6, the excitation light is irradiated onto the laser medium 54 through the resonator mirror coating 53a. An etalon 55 and a nonlinear optical crystal 50 (for example, KNbO 3 (KN) crystal) for generating the second harmonic of the fundamental wave are inserted in the resonator. Non-linear optical crystal 5 for wavelength conversion in this resonator
By inserting 0 (KNbO 3 (KN) crystal), the fundamental wave (946 nm) generated in the laser medium 54 is converted into the nonlinear optical crystal 50 (KNbO 3 (KN) crystal) for wavelength conversion.
To induce the second harmonic (473 nm). The output mirror 56 is provided with an output mirror coating 56a so as to reflect the fundamental wave (946 nm) and transmit the second harmonic (473 nm), and KNbO 3 (K
The second harmonic (473 nm) from the (N) crystal passes through the output mirror 56 and is output to the outside. In addition, an etalon 55 is inserted in the resonator to achieve a single longitudinal mode. The laser medium 54 and the output mirror 56 are bonded to the resonator mirror block 52 and the output mirror block 57, respectively, and fixed to the resonator block 58. Although not shown here, the nonlinear optical crystal 50 and the etalon 5
Similarly, 5 is fixed to the resonator block 58 by a block. This resonator block 58 is fixed to a Peltier element 59 in order to keep the temperature constant, whereby the optical element and the laser medium 54 are kept at a constant temperature through each block. The etalon 55 may be controlled at this temperature, but individual temperature adjustment is more stable.

【0024】ここで、レーザ媒質実効的作用長変化をL
54、出力ミラー実効的作用長変化をL56、非線形光
学結晶実効的作用長変化をL50、エタロン実効的作用
長変化をL55、共振器ブロック実効的作用長変化をL
58とすると、実際の伸び量の共振器実効的作用長変化
△Lは、△L=(L50+L55+L58)−(L54
+L56)・・・(3)となり、(L50+L55+L
58)と(L54+L56)とがほぼ同じ値になれば、
共振器長の変化は小さくなり、エタロン55の透過ピー
クとのズレが小さくなり、モードホップやノイズ発生を
防ぐことができる。
Here, the change in the effective action length of the laser medium is L
54, output mirror effective length change L56, nonlinear optical crystal effective length change L50, etalon effective length change L55, resonator block effective length change L
58, the actual effective length change ΔL of the resonator is ΔL = (L50 + L55 + L58) − (L54
+ L56) ... (3), and becomes (L50 + L55 + L
58) and (L54 + L56) are almost the same value,
The change in the resonator length becomes small, the deviation from the transmission peak of the etalon 55 becomes small, and mode hops and noise generation can be prevented.

【0025】図8は、本発明のレーザ装置の第四実施例
を示す図である。レーザ共振器は、第二実施例同様に励
起光61を高透過し、発振レーザ光を高反射する共振器
ミラーコーティング63aが施された面を端面に持つレ
ーザ媒質64と発振レーザを高反射する出力ミラーコー
ティング66aが施された出力ミラー66から構成さ
れ、励起光61が、共振器ミラーコーティング63aを
通りレーザ媒質64に照射される。共振器内に基本波の
第2高調波発生用の非線形光学結晶60が挿入されてい
る。また、共振器内には単一縦モード化するためにエタ
ロン65が挿入されている。また、レーザ媒質64、出
力ミラー66はそれぞれ共振器ミラーブロック62、出
力ミラーブロック67に接着され、共振器ブロック68
に固定されている。ここでは図示していないが、非線形
光学結晶60・エタロン65も同様にブロックにより共
振器ブロック68に固定されている。この共振器ブロッ
ク68は、温度を一定に保つためペルチェ素子69に固
定されており、これにより各ブロックを通し光学素子や
レーザ媒質64を一定温度に保つ。ここで、環境温度や
励起光・レーザ発振光などによる実効的共振器長が変化
して、レーザ媒質64や光学素子では抑制量が小さい場
合、新たに共振器変化を抑制する効果の大きな共振器変
化抑制部品62aを取付けることで、より大きな効果を
もたらすことができる。この実施例では、レーザ媒質6
4端面の共振器ミラーコーティング63aにのみ接着さ
れているが、当然出力ミラー66側に取付けることも可
能である。
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the laser apparatus of the present invention. Similar to the second embodiment, the laser resonator highly reflects the pumping light 61 and the laser medium 64 having an end face with the surface having the resonator mirror coating 63a for highly reflecting the oscillating laser light and the oscillating laser. The output mirror 66 is provided with the output mirror coating 66a, and the excitation light 61 is irradiated onto the laser medium 64 through the resonator mirror coating 63a. A nonlinear optical crystal 60 for generating the second harmonic of the fundamental wave is inserted in the resonator. In addition, an etalon 65 is inserted in the resonator to achieve a single longitudinal mode. Further, the laser medium 64 and the output mirror 66 are bonded to the resonator mirror block 62 and the output mirror block 67, respectively, and the resonator block 68
It is fixed to. Although not shown here, the nonlinear optical crystal 60 and the etalon 65 are similarly fixed to the resonator block 68 by blocks. This resonator block 68 is fixed to a Peltier element 69 in order to keep the temperature constant, whereby the optical element and the laser medium 64 are kept at a constant temperature through each block. Here, when the effective resonator length due to the ambient temperature or the excitation light / laser oscillation light changes, and the suppression amount is small in the laser medium 64 or the optical element, a resonator having a large effect of suppressing the resonator change is newly added. By attaching the change suppressing component 62a, a greater effect can be brought about. In this embodiment, the laser medium 6
Although it is adhered only to the resonator mirror coating 63a on the four end faces, it can be naturally attached to the output mirror 66 side.

【0026】実際に、レーザ媒質64にNd:YV
、厚さ1mm、出力ミラー66にBK7、厚さ3m
m、非線形光学結晶60にKTP、厚さ2mm、エタロ
ン65に合成石英、厚さ0.5mm、共振器ブロック6
8にスーパーインバーを使い、共振器長25mmとす
る。また、共振器変化を抑制する効果の大きな共振器変
化抑制部品62aにアルミニウム、厚さ2mmを用い
る。各素子が1℃温度変化した場合の実効的厚さの変化
は、Nd:YVOで約−21nm、KTPで約70n
m、BK7で約44nm、エタロン(合成石英)65で
約7nm、共振器ブロック(スーパーインバー)56で
約3nm、共振器変化抑制部品62aのアルミニウムで
約50nmである。ここで、Nd:YVOは、屈折率
変化による実効的作用長の増加(共振器長の増加)が、
膨張による共振器長の縮小より大きいために負の値を示
した。従って、上記の(3)式より、△L=7nmとな
る。これは、レーザ発振波長が1064nmとすると、
約1/100波長以下となり、温度変化や励起光・基本
波による温度変化に対し非常に安定であるといえる。
In practice, the laser medium 64 contains Nd: YV.
O 4 , thickness 1 mm, output mirror 66 BK 7, thickness 3 m
m, nonlinear optical crystal 60 with KTP, thickness 2 mm, etalon 65 with synthetic quartz, thickness 0.5 mm, resonator block 6
8 uses Super Invar, and the resonator length is 25 mm. Further, aluminum and a thickness of 2 mm are used for the resonator change suppressing component 62a having a large effect of suppressing the resonator change. When the temperature of each element changes by 1 ° C., the change in effective thickness is about −21 nm for Nd: YVO 4 and about 70 n for KTP.
m, BK7 is about 44 nm, etalon (synthetic quartz) 65 is about 7 nm, resonator block (super invar) 56 is about 3 nm, and resonator change suppressing component 62a is about 50 nm. Here, in Nd: YVO 4 , the increase in the effective action length (increase in the resonator length) due to the change in the refractive index is
The negative value is shown because it is larger than the reduction of the cavity length due to expansion. Therefore, from the above formula (3), ΔL = 7 nm. This means that if the laser oscillation wavelength is 1064 nm,
It is about 1/100 wavelength or less and can be said to be very stable against temperature changes and temperature changes due to excitation light and fundamental waves.

【0027】以上、実施例に示したように、積極的に温
度変化を利用し、実効的な作用長変化を共振器内に取込
むことで、大きな制御系や駆動系なしで、単一縦モード
でレーザ発振を行うことができる。これらの実施例では
共振器ブロック68と各素子ブロックを個別に示した
が、一体型を用いた方が剛性的に安定であることは言う
までもない。また、これらの実施例ではレーザ媒質64
と非線形光学結晶60は共振器ブロック68の温度と同
じと仮定したが、実際は、励起光61やレーザ発振光の
影響を受けるため若干異なることが予想される。この場
合も、予め、その変化量を測定、あるいはシミュレーシ
ョンを行うことで最適設計が可能となる。
As described above, as shown in the embodiment, by positively utilizing the temperature change and incorporating the effective action length change in the resonator, a single vertical length is obtained without a large control system or drive system. Laser oscillation can be performed in a mode. In these embodiments, the resonator block 68 and each element block are shown individually, but it goes without saying that the integral type is more rigid and stable. In addition, in these embodiments, the laser medium 64
It is assumed that the temperature of the nonlinear optical crystal 60 is the same as the temperature of the resonator block 68, but in reality, it may be slightly different because it is affected by the excitation light 61 and the laser oscillation light. Also in this case, the optimum design can be performed by measuring the variation in advance or performing simulation.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明のレーザ装置は上記のように構成
されており、少なくとも一つの共振器ミラー及び出力ミ
ラー、半導体レーザ(LD)励起によりレーザ光を発振
する固体のレーザ媒質、単一縦モード化するエタロン
が、共振器ブロック上に取付けられ、その共振器ミラー
または出力ミラー、あるいは両方が、またはレーザ媒質
および共振器変化抑制部品が、環境温度変化や励起光あ
るいはレーザ発振光などによる発熱によって、光学素子
及び共振器ブロックが伸縮しても、実効的作用長の変化
を少なくするように取付けられているので、レーザ発振
波長がシフトすることもなく、安定した低ノイズのレー
ザ出力を得ることができる。レーザ装置の単一縦モード
発振において、上記のように、光学素子(レーザ媒質や
効果を助長する部品を含む)等の接着を工夫すること
で、大きな計測系や制御系、駆動系を用いることなく、
小型で、安価な低ノイズ出力のレーザ装置が可能とな
る。
The laser device of the present invention is configured as described above, and includes at least one resonator mirror and an output mirror, a solid laser medium that oscillates a laser beam by pumping a semiconductor laser (LD), and a single longitudinal mirror. The etalon to be turned into a mode is mounted on the resonator block, and its resonator mirror or output mirror, or both, or the laser medium and the resonator change suppression component generate heat due to environmental temperature change or excitation light or laser oscillation light. Since the optical element and the resonator block are mounted so as to reduce the change in the effective working length even if they expand or contract, the laser oscillation wavelength does not shift and a stable laser output with low noise is obtained. be able to. In single longitudinal mode oscillation of a laser device, use a large measurement system, control system, and drive system by devising the adhesion of optical elements (including the laser medium and parts that promote the effect) as described above. Without
A small-sized, inexpensive laser device with low noise output becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明のレーザ装置の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a laser device of the present invention.

【図2】 図1の実施例による素子の実効的作用長変化
を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining changes in effective operating length of the device according to the embodiment of FIG.

【図3】 本発明のレーザ装置の他の実施例を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the laser device of the present invention.

【図4】 図3の実施例による素子の実効的作用長変化
を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining changes in effective operating length of the device according to the embodiment of FIG.

【図5】 実効的作用長の変化を考慮していないレーザ
装置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a laser device that does not consider a change in effective working length.

【図6】 図5のレーザ装置の素子の実効的作用長変化
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining changes in effective operating length of elements of the laser device in FIG.

【図7】 本発明のレーザ装置の他の実施例を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the laser device of the present invention.

【図8】 本発明のレーザ装置の他の実施例を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the laser device of the present invention.

【図9】 従来のレーザ装置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、31、51、61…励起光 12、32、52、62…共振器ミラーブロック 13…共振器ミラー 13a、33a、53a、63a…共振器ミラーコーテ
ィング 13b、33b、33c、53b、63b…面 14、34、54、64…レーザ媒質 15、35、55、65…エタロン 16、36、56、66…出力ミラー 16a、36a、56a、66a…出力ミラーコーティ
ング 16b、36b、56b、66b…面 17、37、57、67…出力ミラーブロック 18、38、58、68…共振器ブロック 19、39、59、69…ペルチェ素子 21…共振器ミラー実行的作用長変化 22、42、42a…レーザ媒質実行的作用長変化 23、43、43a…エタロン実行的作用長変化 24、44、44a…出力ミラー実行的作用長変化 25、45、45a…共振器ブロック実行的作用長変化 26、46、46a…共振器長実行的作用長変化 62a…共振器変化抑制部品 71、71a…半導体レーザ 72、72a…集光レンズ 73…Nd:YAG結晶 73a、78a…面 74…KNbO(KN)結晶 75…エタロン 76…基本波 77…第2高調波 78…出力ミラー 79、80…ホルダ 81…基準板 82…ペルチェ素子 83…ヒートシンク
11, 31, 51, 61 ... Excitation light 12, 32, 52, 62 ... Resonator mirror block 13 ... Resonator mirror 13a, 33a, 53a, 63a ... Resonator mirror coating 13b, 33b, 33c, 53b, 63b ... Surface 14, 34, 54, 64 ... Laser medium 15, 35, 55, 65 ... Etalon 16, 36, 56, 66 ... Output mirror 16a, 36a, 56a, 66a ... Output mirror coating 16b, 36b, 56b, 66b ... Surface 17 , 37, 57, 67 ... Output mirror block 18, 38, 58, 68 ... Resonator block 19, 39, 59, 69 ... Peltier element 21 ... Resonator mirror effective action length change 22, 42, 42a ... Laser medium execution Action length change 23, 43, 43a ... Etalon effective action length change 24, 44, 44a ... Output mirror effective action length change 2 , 45, 45a ... Resonator block effective action length change 26, 46, 46a ... Resonator length effective action length change 62a ... Resonator change suppressing component 71, 71a ... Semiconductor laser 72, 72a ... Condenser lens 73 ... Nd : YAG crystal 73a, 78a ... surface 74 ... KNbO 3 (KN) crystal 75 ... etalon 76 ... fundamental 77 ... second harmonic 78 ... output mirror 79, 80 ... holder 81 ... reference plate 82 ... Peltier element 83 ... heat sink

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2K002 AB12 CA02 GA06 HA20 5F072 AB02 AK03 HH05 JJ05 KK01 KK08 KK12 PP07 QQ02 TT05 TT14 TT28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2K002 AB12 CA02 GA06 HA20                 5F072 AB02 AK03 HH05 JJ05 KK01                       KK08 KK12 PP07 QQ02 TT05                       TT14 TT28

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励起光によりレーザ媒質が励起されレーザ
共振器内でレーザ発振するレーザ装置において、前記レ
ーザ共振器を構成する各素子の取付けを、温度変化によ
る実効的な共振器長変化に伴う波長シフトを抑制あるい
は阻止する方向に固定するように構成したことを特徴と
するレーザ装置。
1. In a laser device in which a laser medium is excited by pumping light to oscillate a laser in a laser resonator, each element constituting the laser resonator is attached along with an effective change in resonator length due to a temperature change. A laser device characterized by being configured so as to be fixed in a direction in which a wavelength shift is suppressed or prevented.
【請求項2】励起光によりレーザ媒質が励起されレーザ
共振器内でレーザ発振するレーザ装置において、前記レ
ーザ共振器を構成するレーザ媒質の取付けを、温度変化
による実効的な共振器長変化に伴う波長シフトを抑制あ
るいは阻止する方向に固定するように構成したことを特
徴とするレーザ装置。
2. In a laser device in which a laser medium is excited by pumping light and oscillates in a laser resonator, mounting of the laser medium constituting the laser resonator is accompanied by a change in effective resonator length due to temperature change. A laser device characterized by being configured so as to be fixed in a direction in which a wavelength shift is suppressed or prevented.
【請求項3】励起光によりレーザ媒質が励起されレーザ
共振器内でレーザ発振するレーザ装置において、前記レ
ーザ共振器を構成する共振器ミラーまたは出力ミラー、
或は両方の取付けを、温度変化による実効的な共振器長
変化に伴う波長シフトを抑制あるいは阻止する方向に固
定するように構成したことを特徴とするレーザ装置。
3. A laser device in which a laser medium is excited by excitation light to cause laser oscillation in a laser resonator, wherein a resonator mirror or an output mirror constituting the laser resonator,
Alternatively, the laser device is characterized in that both of them are fixed so as to suppress or prevent a wavelength shift caused by an effective change in the cavity length due to a change in temperature.
【請求項4】励起光によりレーザ媒質が励起されレーザ
共振器内でレーザ発振するレーザ装置において、前記レ
ーザ共振器を構成する各素子の取付けを、温度変化によ
る実効的な共振器長変化に伴う波長シフトを抑制あるい
は阻止する方向に導く共振器変化抑制部品を介して固定
するように構成したことを特徴とするレーザ装置。
4. A laser device in which a laser medium is excited by pumping light to oscillate a laser in a laser resonator, wherein each element constituting the laser resonator is attached in accordance with a change in effective resonator length due to a temperature change. A laser device characterized in that the laser device is configured to be fixed via a resonator change suppressing component that leads to a direction in which a wavelength shift is suppressed or blocked.
【請求項5】励起光によりレーザ媒質が励起されレーザ
共振器内でレーザ発振するレーザ装置において、前記レ
ーザ共振器を構成するレーザ媒質または共振器ミラー及
び出力ミラーの取付けを、温度変化による実効的な共振
器長変化に伴う波長シフトを抑制あるいは阻止する方向
に導く共振器変化抑制部品を介して固定するように構成
したことを特徴とするレーザ装置。
5. In a laser device in which a laser medium is excited by excitation light and oscillates in a laser resonator, mounting of the laser medium or the resonator mirror and the output mirror forming the laser resonator is effective by changing the temperature. A laser device characterized in that the laser device is configured to be fixed via a resonator change suppressing component that guides in a direction of suppressing or preventing a wavelength shift due to a change in the resonator length.
【請求項6】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、または請求項5のレーザ装置において、前記レーザ
媒質が固体レーザ結晶であることを特徴とするレーザ装
置。
6. The laser device according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, or claim 5, wherein the laser medium is a solid-state laser crystal.
【請求項7】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、請求項5または請求項6のレーザ装置において、そ
の励起光源が半導体レーザであることを特徴とするレー
ザ装置。
7. The laser device according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5 or claim 6, wherein the pumping light source is a semiconductor laser.
【請求項8】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、請求項5、請求項6または請求項7のレーザ装置に
おいて、共振器内に非線形光学結晶を設け波長変換でき
るようにしたことを特徴とするレーザ装置。
8. A laser device according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 6 or claim 7, wherein a nonlinear optical crystal is provided in the resonator for wavelength conversion. A laser device characterized in that
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007027458A (en) * 2005-07-19 2007-02-01 Mitsutoyo Corp Laser and its adjusting method
JP2008218969A (en) * 2007-02-07 2008-09-18 Seiko Epson Corp Light source unit, illumination device, image display apparatus, and monitor apparatus
JP2017528911A (en) * 2014-08-18 2017-09-28 コヒーレント レーザーシステムズ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー Optically pumped semiconductor laser with mode tracking.

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