JP2006237530A - Light stimulation solid-state laser apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light stimulation solid-state laser apparatus stabilizing a laser output independently of a polarization state of the output light. <P>SOLUTION: The light stimulation solid-state laser apparatus 21 is provided with: a semiconductor laser 1 for emitting a stimulated light L1; a solid-state laser medium 2 stimulated by the stimulated light L1 to produce an oscillation light L2; an optical branch element 22 for partially extracting a harmonic L3 outputted from a nonlinear optical element 3; a light receiving element 9 for receiving the harmonic L2 extracted from the optical branch element 22 and converting the harmonic into an electric signal; and an output stabilizing circuit 10 for receiving an output of the light receiving element 9 to constantly control an output of the stimulated light L1. The optical branch element 22 comprises a partial reflection mirror for reflecting part of the output light L3 and transmitting through the rest, and a partial reflection film 24 with reflection factors nearly equal to each other at which a P polarization component and an S polarization component of the output light L3 are reflected. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ光出力を一定に制御するAPC(オートパワーコントロール)機能を備えた光励起固体レーザ装置に関する。   The present invention relates to an optically pumped solid-state laser device having an APC (auto power control) function for controlling laser beam output to be constant.

従来より、固体レーザ装置として、非線形光学素子を用いて基本波長の逓倍の波長のレーザ光を発生させる波長変換固体レーザ装置が各分野で利用されている。そして、この固体レーザ装置には、固体レーザ媒質をポンピングする励起源に半導体レーザを用いた光励起固体レーザ装置が広く使用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a solid-state laser device, a wavelength conversion solid-state laser device that generates a laser beam having a wavelength multiplied by a fundamental wavelength using a nonlinear optical element has been used in various fields. In this solid-state laser device, an optically pumped solid-state laser device using a semiconductor laser as a pumping source for pumping a solid-state laser medium is widely used.

この種の波長変換型固体レーザ装置には、レーザ光の周波数変換効率を向上させるために、一対の反射鏡の間に固体レーザ媒質及び非線形光学素子を配置した内部共振型の構造が多く採用されている。固体レーザ媒質にはNd:YAGやNd:YVO4 等の結晶素子が用いられ、非線形光学素子にはKTP(KTiOPO4 )やBBO(β−BaB24)等の結晶素子が用いられている。 In order to improve the frequency conversion efficiency of laser light, this type of wavelength conversion type solid-state laser apparatus often employs an internal resonance type structure in which a solid-state laser medium and a nonlinear optical element are arranged between a pair of reflecting mirrors. ing. Crystal elements such as Nd: YAG and Nd: YVO 4 are used for the solid-state laser medium, and crystal elements such as KTP (KTiOPO 4 ) and BBO (β-BaB 2 O 4 ) are used for the nonlinear optical elements. .

一方、上述した波長変換固体レーザ装置においては、波長変換後の出力を一定に保つために、出力の一部を反射させ残りを透過させる部分反射ミラーと、この反射した出力を電気信号に変換する受光素子と、受光素子から得られた電気信号を受けて励起源である半導体レーザの駆動電流を制御する出力安定化回路とを用いたものがある。   On the other hand, in the above-described wavelength conversion solid-state laser device, in order to keep the output after wavelength conversion constant, a partial reflection mirror that reflects a part of the output and transmits the remainder, and converts the reflected output into an electric signal Some devices use a light receiving element and an output stabilization circuit that receives an electric signal obtained from the light receiving element and controls a drive current of a semiconductor laser that is an excitation source.

図5は、出力安定化機能を備えた従来の波長変換型固体レーザ装置の概略構成を示している。この波長変換型固体レーザ装置11は、同軸上に、励起源としての半導体レーザ1と、固体レーザ媒質2と、非線形光学素子3と、固体レーザ媒質2の一端面を平面状に形成した入力側反射鏡4と、非線形光学素子3の一端面に形成した出力側反射鏡5とが配置され、これら入力側反射鏡4と出力側反射鏡5とでレーザ共振器6が構成されている。   FIG. 5 shows a schematic configuration of a conventional wavelength conversion type solid-state laser device having an output stabilization function. This wavelength conversion type solid-state laser device 11 has an input side in which a semiconductor laser 1 as an excitation source, a solid-state laser medium 2, a nonlinear optical element 3, and one end face of the solid-state laser medium 2 are formed in a plane on the same axis. A reflecting mirror 4 and an output-side reflecting mirror 5 formed on one end face of the nonlinear optical element 3 are arranged. The input-side reflecting mirror 4 and the output-side reflecting mirror 5 constitute a laser resonator 6.

入力側反射鏡4には、半導体レーザ1から出射した励起光、即ちポンピング光L1に対しては反射防止となり、ポンピング光L1を固体レーザ媒質2へ入射させることによって得られる基本波としての発振レーザ光L2、及び非線形光学素子3にて波長変換された高調波レーザ光L3に対しては高反射となるミラーコート膜が形成されている。他方、出力側反射鏡5には、基本波としての発振レーザ光L2に対しては高反射となり、高調波レーザ光L3に対しては反射防止となるミラーコート膜が形成されている。   The input-side reflecting mirror 4 serves to prevent reflection of the pumping light emitted from the semiconductor laser 1, that is, the pumping light L 1, and an oscillation laser as a fundamental wave obtained by making the pumping light L 1 incident on the solid-state laser medium 2. A mirror coat film that is highly reflective is formed on the light L2 and the harmonic laser light L3 wavelength-converted by the nonlinear optical element 3. On the other hand, the output-side reflecting mirror 5 is formed with a mirror coat film that is highly reflective to the oscillation laser light L2 as the fundamental wave and prevents reflection of the harmonic laser light L3.

この波長変換固体レーザ装置11においては、半導体レーザ1から出射されたポンピング光L1が固体レーザ媒質2へ入射し、固体レーザ媒質2端面の入力側反射鏡4と非線形光学素子3端面の出力側反射鏡5とで形成したレーザ共振器6により、基本波の発振レーザ光L2を得る。そして、この基本波の発振レーザ光L2が非線形光学素子3を通過することにより基本波レーザ光L2の波長変換が行われ、出力側反射鏡5から高調波レーザ光L3として出力される。   In this wavelength conversion solid-state laser device 11, the pumping light L 1 emitted from the semiconductor laser 1 enters the solid-state laser medium 2, and the input-side reflecting mirror 4 at the end face of the solid-state laser medium 2 and the output-side reflection at the end face of the nonlinear optical element 3. A laser resonator 6 formed with the mirror 5 obtains a fundamental oscillation laser beam L2. Then, the fundamental laser beam L2 passes through the nonlinear optical element 3 to convert the wavelength of the fundamental laser beam L2, and is output from the output-side reflecting mirror 5 as the harmonic laser beam L3.

こうして出力された高調波レーザ光L3は、励起光波長と基本波に対しては非透過で、高調波成分に対しては透過のフィルター7を通った後、部分反射ミラー8によって出力の一部LRが受光素子9に入射し、残りが透過光L3’として出力される。部分反射ミラー8は、一般的な光学ガラスによる表面反射を利用して出力光L3の一部を反射する。受光素子9は反射光LRの出力に比例した電気信号Eを生成し、出力安定化回路10へ出力する。出力安定化回路10は、受光素子9により得られた電気信号Eが一定に保たれるように半導体レーザ1に供給する駆動電流Iを制御しレーザ光出力L3を一定に制御するAPC(Auto Power Contorol)機能を行う。   The harmonic laser beam L3 thus output passes through the filter 7 that is non-transmissive to the excitation light wavelength and the fundamental wave and transmissive to the harmonic component, and then partially outputs by the partial reflection mirror 8. LR enters the light receiving element 9, and the rest is output as transmitted light L3 ′. The partial reflection mirror 8 reflects a part of the output light L3 using surface reflection by general optical glass. The light receiving element 9 generates an electric signal E proportional to the output of the reflected light LR and outputs it to the output stabilization circuit 10. The output stabilization circuit 10 controls the drive current I supplied to the semiconductor laser 1 so that the electric signal E obtained by the light receiving element 9 is kept constant, and controls the laser light output L3 to be constant. (Contorol) function.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献を以下に示す。
特開平10−93166号公報 特開2000−114633号公報
Prior art documents related to the invention of this application are shown below.
JP-A-10-93166 JP 2000-114633 A

しかしながら、この従来の波長変換固体レーザ装置11においては、出力安定化制御をかけていても励起光強度や温度変化により出力が変動しやすいという問題がある。   However, the conventional wavelength conversion solid-state laser device 11 has a problem that the output is likely to fluctuate due to the excitation light intensity and temperature change even if output stabilization control is applied.

これは、温度や励起光強度による固体レーザ媒質2および非線形光学素子3の屈折率変化やレーザ共振器6内での光出力の干渉により、高調波出力の偏光状態の変化、即ち偏光比や偏光回転角が変動することで、部分反射ミラー8の実効反射率が変化してその反射光LRの出力が変動し、高調波L3が一定の光出力であっても変動があったと出力安定化回路10で判断され誤った出力制御が行われることによる。   This is due to the change in the polarization state of the harmonic output, that is, the polarization ratio and the polarization due to the change in the refractive index of the solid-state laser medium 2 and the nonlinear optical element 3 due to the temperature and the excitation light intensity and the interference of the light output in the laser resonator 6. If the rotation angle fluctuates, the effective reflectivity of the partial reflection mirror 8 changes, and the output of the reflected light LR fluctuates. If the harmonic L3 has a constant light output, the output stabilization circuit This is because the incorrect output control is performed as determined in 10.

以下具体的に説明すると、固体レーザ媒質2で発振する基本波の発振レーザ光L2は、直線偏光として発振する。この発振レーザ光L2が非線形光学素子3を通過する際に楕円偏光化し、固体レーザ媒質2へ戻ったときに偏光の回転が生じる。この回転の程度は、固体レーザ媒質2の温度、非線形光学素子3の温度、半導体レーザ1から固体レーザ媒質2への励起入力等により変化する。   More specifically, the fundamental oscillation laser beam L2 oscillated in the solid-state laser medium 2 oscillates as linearly polarized light. When this oscillation laser light L2 passes through the nonlinear optical element 3, it becomes elliptically polarized light, and when it returns to the solid-state laser medium 2, polarization rotation occurs. The degree of this rotation varies depending on the temperature of the solid-state laser medium 2, the temperature of the nonlinear optical element 3, the excitation input from the semiconductor laser 1 to the solid-state laser medium 2, and the like.

また、レーザ共振器6内で発生した高調波は入力側反射鏡4と出力側反射鏡5の両側に向けて出射する。この場合、入力側反射鏡4で反射した高調波成分と出力側反射鏡5方向に発生した高調波成分とで光束は一致するが、位相が非線形光学素子3の温度により変化するため、合成された高調波成分は偏光状態が一定しない。このため、部分反射ミラー8に入射する高調波L3の出力は、P偏光成分とS偏光成分の割合が変動することとなる。   In addition, harmonics generated in the laser resonator 6 are emitted toward both sides of the input-side reflecting mirror 4 and the output-side reflecting mirror 5. In this case, although the luminous flux is matched between the harmonic component reflected by the input-side reflecting mirror 4 and the harmonic component generated in the direction of the output-side reflecting mirror 5, the phase changes depending on the temperature of the nonlinear optical element 3. The harmonic state of the polarization is not constant. For this reason, in the output of the harmonic L3 incident on the partial reflection mirror 8, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component varies.

P偏光とS偏光は、図6のガラス表面における偏光反射特性に例示するように、各々の反射率が、反射する角度により大きく異なる。従って、高調波L3の偏光比が変わると部分反射ミラー8での高調波L3の実効反射率が変化してその反射光LRの出力が変動し、実際の高調波出力が一定でも、出力安定化回路10で出力が変化したと判断され誤った出力安定化制御が行われることで、結果的に高調波L3の出力安定化機能が損なわれてしまう。   As illustrated in the polarization reflection characteristic on the glass surface in FIG. 6, the reflectance of P-polarized light and S-polarized light is greatly different depending on the reflection angle. Accordingly, when the polarization ratio of the harmonic L3 changes, the effective reflectivity of the harmonic L3 at the partial reflection mirror 8 changes and the output of the reflected light LR fluctuates, so that the output is stabilized even if the actual harmonic output is constant. Since the output is determined to be changed by the circuit 10 and erroneous output stabilization control is performed, the output stabilization function of the harmonic L3 is consequently impaired.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、出力レーザ光の偏光状態に関係なくレーザ出力の安定化を図ることができる光励起固体レーザ装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optically pumped solid-state laser device capable of stabilizing the laser output regardless of the polarization state of the output laser light.

以上の課題を解決するに当たり、本発明は、励起光を出射する励起源と、励起源からの励起光によって励起されて発振光を発生する固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質から出力される発振光を部分的に取り出す光分岐素子と、光分岐素子で取り出された発振光を受光して電気信号に変換する受光素子と、受光素子の出力を受けて励起光の出力を一定に制御する出力安定化回路とを備えた光励起固体レーザ装置において、上記光分岐素子は、固体レーザ媒質からの出力光の一部を反射し残りを透過させる部分反射ミラーでなり、この部分反射ミラーの反射面には、当該出力光のP偏光成分とS偏光成分とを互いに略同等の反射率で反射させる光学膜が形成されている。   In solving the above problems, the present invention provides an excitation source that emits excitation light, a solid-state laser medium that generates excitation light by being excited by excitation light from the excitation source, and oscillation light that is output from the solid-state laser medium. A light branching element that partially extracts the light, a light receiving element that receives the oscillation light extracted by the light branching element and converts it into an electrical signal, and an output stabilization that receives the output of the light receiving element and controls the output of the excitation light to be constant In the optically pumped solid-state laser device provided with the optical circuit, the optical branching element is a partial reflection mirror that reflects part of the output light from the solid-state laser medium and transmits the rest, and the reflection surface of the partial reflection mirror includes An optical film that reflects the P-polarized component and the S-polarized component of the output light with substantially the same reflectance is formed.

本発明においては、部分反射ミラーの反射面に形成された光学膜によって、出力光のP偏光成分とS偏光成分とが互いに略同等の反射率で反射されるようにしているので、固体レーザ媒質で発振される出力光の偏光状態に関係なく、受光素子に入力される反射光強度を一定に維持して、出力安定化制御を適正に行えるようにしている。   In the present invention, the optical film formed on the reflection surface of the partial reflection mirror reflects the P-polarized component and the S-polarized component of the output light with substantially the same reflectance. Regardless of the polarization state of the output light oscillated in, the intensity of the reflected light input to the light receiving element is kept constant so that the output stabilization control can be performed properly.

部分反射ミラーとしては、その表裏面を反射面として有するものが用いられ、その少なくとも一方の面に上記光学膜を形成することができる。あるいは、一方側の面に上記光学膜を形成するとともに、他方側の面には出力光に対して反射防止となる反射防止膜を形成することができる。   As the partial reflection mirror, one having the front and back surfaces as a reflection surface is used, and the optical film can be formed on at least one surface thereof. Or while forming the said optical film in the surface of one side, the antireflection film which becomes reflection prevention with respect to output light can be formed in the surface of the other side.

上記光学膜の構成は特に限定されないが、例えば、酸化タンタル膜と酸化珪素膜とを交互に複数積層した多層膜で構成することができる。   The configuration of the optical film is not particularly limited. For example, the optical film can be configured by a multilayer film in which a plurality of tantalum oxide films and silicon oxide films are alternately stacked.

また、部分反射ミラーに入射される出力光は、固体レーザ媒質の発振レーザ光に限られず、それを波長変換した高調波レーザ光とすることも可能である。この場合、固体レーザ媒質の出力端側に波長変換素子(非線形光学素子)が設けられる。   Further, the output light incident on the partial reflection mirror is not limited to the oscillation laser light of the solid-state laser medium, and may be a harmonic laser light obtained by converting the wavelength. In this case, a wavelength conversion element (nonlinear optical element) is provided on the output end side of the solid-state laser medium.

以上述べたように、本発明の光励起固体レーザ装置によれば、出力光の偏光状態に関係なく、受光素子に入力される反射光強度を一定に維持することができるので、固体レーザ媒質の温度や励起パワーに影響されない安定したレーザ光出力を得ることができる。   As described above, according to the optically pumped solid-state laser device of the present invention, the intensity of the reflected light input to the light receiving element can be kept constant regardless of the polarization state of the output light. It is possible to obtain a stable laser beam output that is not affected by the excitation power.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態では、本発明の光励起固体レーザ装置を、波長変換固体レーザ装置21に適用した例について説明する。   FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the present embodiment, an example in which the optically pumped solid-state laser device of the present invention is applied to a wavelength conversion solid-state laser device 21 will be described.

本実施の形態の波長変換固体レーザ装置21は、励起源としての半導体レーザ1と、基本波レーザ光を出力する固体レーザ媒質2と、波長変換素子としての非線形光学素子3と、固体レーザ媒質2の光入射側端面に配置された平面状の入力側反射鏡4と、非線形光学素子3の光出射側端面に配置された平面状の出力側反射鏡5とを備えている。   The wavelength conversion solid-state laser device 21 of this embodiment includes a semiconductor laser 1 as an excitation source, a solid-state laser medium 2 that outputs fundamental laser light, a nonlinear optical element 3 as a wavelength conversion element, and a solid-state laser medium 2. The flat input side reflecting mirror 4 disposed on the light incident side end face and the flat output side reflecting mirror 5 disposed on the light emitting side end face of the nonlinear optical element 3 are provided.

半導体レーザ1は、電圧を印加すると所定の波長のレーザ光を発振する素子、例えばガリウム・アルミニウム砒素(GaAlAs)レーザダイオード素子で構成されている。本実施の形態では、励起光として波長808nmのレーザ光L1を発振するレーザ素子が用いられている。なお、発振レーザ光L1は、連続光でもよいしパルス光でもよい。   The semiconductor laser 1 is composed of an element that oscillates laser light having a predetermined wavelength when a voltage is applied, for example, a gallium-aluminum arsenic (GaAlAs) laser diode element. In the present embodiment, a laser element that oscillates laser light L1 having a wavelength of 808 nm is used as excitation light. The oscillation laser light L1 may be continuous light or pulsed light.

固体レーザ媒質2としては、例えばNd:YVO4 が用いられ、非線形光学素子3としては、例えばリンチタン酸カリウム(KTiOPO4 ;KTP結晶)が用いられるが、これ以外にも、固体レーザ媒質2としてNd:YAG、非線形光学素子3としてBBO(β−BaB24)等の他の結晶材料を用いることができる。なお、固体レーザ媒質2と非線形光学素子3とは、接着等により互いに一体化されたコンビネーション結晶として構成してもよい。 For example, Nd: YVO 4 is used as the solid-state laser medium 2 and, for example, potassium phosphotitanate (KTiOPO 4 ; KTP crystal) is used as the non-linear optical element 3. : YAG, other crystal materials such as BBO (β-BaB 2 O 4 ) can be used as the nonlinear optical element 3. The solid-state laser medium 2 and the nonlinear optical element 3 may be configured as a combination crystal integrated with each other by bonding or the like.

入力側反射鏡4及び出力側反射鏡5は、固体レーザ媒質2及び非線形光学素子3を挟装してレーザ共振器6を構成する。レーザ共振器6は、半導体レーザ1が発光したレーザ光(励起光L1)が入射されることにより、固体レーザ媒質2で波長1064nmの基本波レーザ光L2を発生させ、更に、非線形光学素子3で当該基本波の第2高調波(波長532nm)の緑色レーザ光L3を発生させて外部へ出射する。   The input-side reflecting mirror 4 and the output-side reflecting mirror 5 constitute a laser resonator 6 by sandwiching the solid-state laser medium 2 and the nonlinear optical element 3. The laser resonator 6 generates a fundamental laser beam L2 having a wavelength of 1064 nm by the solid-state laser medium 2 when the laser beam (excitation light L1) emitted from the semiconductor laser 1 is incident thereon. Green laser light L3 of the second harmonic (wavelength 532 nm) of the fundamental wave is generated and emitted to the outside.

入力側反射鏡4には、基本波L2及び高調波L3に対しては高反射で、励起光L1に対しては反射防止(AR)とされるミラーコート膜が形成されている。一方、出力側反射鏡5には、基本波L2に対しては高反射で、高調波L3に対しては反射防止とされるミラーコート膜が形成されている。   The input-side reflecting mirror 4 is formed with a mirror coat film that is highly reflective with respect to the fundamental wave L2 and the harmonic wave L3 and is antireflective (AR) with respect to the excitation light L1. On the other hand, the output-side reflecting mirror 5 is formed with a mirror coat film that is highly reflective for the fundamental wave L2 and prevents reflection of the harmonic wave L3.

また、本実施の形態の波長変換固体レーザ装置21においては、レーザ共振器6の出射端側に、励起光L1と基本波レーザ光L2に対しては非透過で高調波レーザ光L3のみ透過させる光学フィルタ7と、本発明に係る光分岐素子22とが順に配置されている。   Further, in the wavelength conversion solid-state laser device 21 of the present embodiment, only the harmonic laser light L3 is transmitted to the emission end side of the laser resonator 6 without transmitting the excitation light L1 and the fundamental laser light L2. The optical filter 7 and the optical branching element 22 according to the present invention are arranged in order.

光分岐素子22は、その表裏面を光の反射面として有する光学ガラス23と、この光学ガラス23の表面側(光学フィルタ7側)に形成された部分反射膜24とで構成された部分反射ミラーとされている。この光分岐素子22は、光学フィルタ7を介して入射する高調波レーザ光L3の一部(概ね2〜10%)を部分反射膜24で反射し、残りを透過させる。   The optical branching element 22 is a partial reflection mirror composed of an optical glass 23 having front and back surfaces as light reflecting surfaces, and a partial reflection film 24 formed on the front surface side (optical filter 7 side) of the optical glass 23. It is said that. The optical branching element 22 reflects a part (approximately 2 to 10%) of the harmonic laser beam L3 incident through the optical filter 7 by the partial reflection film 24 and transmits the rest.

部分反射膜24は、当該光分岐素子22に入射する高調波出力光L3のP偏光成分とS偏光成分とを互いに略同等の反射率で反射させる光学膜で構成されている。具体的には、P偏光成分とS偏光成分との反射率の差が0.5%以内となるように部分反射膜24が構成されている。   The partial reflection film 24 is composed of an optical film that reflects the P-polarized component and the S-polarized component of the harmonic output light L3 incident on the light branching element 22 with substantially the same reflectance. Specifically, the partial reflection film 24 is configured such that the difference in reflectance between the P-polarized component and the S-polarized component is within 0.5%.

この部分反射膜24の構成の具体例を図2に示す。部分反射膜24は、光学ガラス23上に酸化タンタル(Ta25)膜24Aと酸化珪素(SiO2 )膜24Bとが交互に複数積層された多層膜構造を有している。 A specific example of the configuration of the partial reflection film 24 is shown in FIG. The partial reflection film 24 has a multilayer structure in which a plurality of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) films 24 A and silicon oxide (SiO 2 ) films 24 B are alternately stacked on the optical glass 23.

そして、1層目の酸化タンタル膜24Aの膜厚を127.77nm、2層目の酸化珪素膜24Bの膜厚を161.59nm、3層目の酸化タンタル膜24Aの膜厚を173.73nm、4層目の酸化珪素膜24Bの膜厚を89.56nmにし、その反射面の法線方向に対して高調波出力光L3の入射角が約24°となるようにして、高調波出力光波長(532nm)におけるP偏光成分の反射率を6.9%、S偏光成分の反射率を7.1%としている。   The film thickness of the first tantalum oxide film 24A is 127.77 nm, the film thickness of the second silicon oxide film 24B is 161.59 nm, the film thickness of the third tantalum oxide film 24A is 173.73 nm, The thickness of the fourth-layer silicon oxide film 24B is 89.56 nm, and the incident angle of the harmonic output light L3 is about 24 ° with respect to the normal direction of the reflecting surface. The reflectance of the P-polarized component at (532 nm) is 6.9%, and the reflectance of the S-polarized component is 7.1%.

光分岐素子22で反射された高調波出力光の反射光LRは、受光素子9へ入射される。受光素子9は、反射光LRの出力強度に比例する電気信号Eを生成し、生成した電気信号Eを出力安定化回路(APC回路)10へ供給する。出力安定化回路10は、受光素子9により得られた電気信号Eが一定に保たれるように、半導体レーザ1に供給する駆動電流Iを制御しレーザ光出力L3を一定に制御するAPC機能を行う。   The reflected light LR of the harmonic output light reflected by the light branching element 22 enters the light receiving element 9. The light receiving element 9 generates an electric signal E proportional to the output intensity of the reflected light LR, and supplies the generated electric signal E to an output stabilization circuit (APC circuit) 10. The output stabilization circuit 10 has an APC function for controlling the drive current I supplied to the semiconductor laser 1 and controlling the laser light output L3 constant so that the electric signal E obtained by the light receiving element 9 is kept constant. Do.

以上のように構成される本実施の形態の波長変換固体レーザ装置21においては、半導体レーザ1から出射されたポンピング光L1が固体レーザ媒質2へ入射し、入力側反射鏡4と出力側反射鏡5とで形成したレーザ共振器6により、基本波の発振レーザ光L2を得る。そして、この基本波の発振レーザ光L2が非線形光学素子3を通過することにより基本波レーザ光L2の波長変換が行われ、出力側反射鏡5から高調波レーザ光L3として出力される。   In the wavelength conversion solid-state laser device 21 of the present embodiment configured as described above, the pumping light L1 emitted from the semiconductor laser 1 enters the solid-state laser medium 2, and the input-side reflecting mirror 4 and the output-side reflecting mirror. 5 is obtained by the laser resonator 6 formed by the step 5. Then, the fundamental laser beam L2 passes through the nonlinear optical element 3 to convert the wavelength of the fundamental laser beam L2, and is output from the output-side reflecting mirror 5 as the harmonic laser beam L3.

こうして出力された高調波レーザ光L3は、励起光L1と基本波L2に対しては非透過で高調波L3に対しては透過の光学フィルター7を通った後、光分岐素子22によって出力の一部が反射され、その反射光LRが受光素子9へ入射し、残りが透過光L3’として出力される。受光素子9は、反射光LRの出力に比例した電気信号Eを生成し、出力安定化回路10へ出力する。出力安定化回路10は、受光素子9により得られた電気信号Eが一定に保たれるように半導体レーザ1に供給する駆動電流Iを制御しレーザ光出力L3を一定に制御する。   The harmonic laser beam L3 output in this way passes through the optical filter 7 that is non-transparent to the excitation light L1 and the fundamental wave L2 and transmissive to the harmonic L3, and then is output by the optical branching element 22. The reflected light LR is incident on the light receiving element 9, and the rest is output as transmitted light L3 ′. The light receiving element 9 generates an electric signal E proportional to the output of the reflected light LR and outputs it to the output stabilization circuit 10. The output stabilization circuit 10 controls the drive current I supplied to the semiconductor laser 1 so that the electric signal E obtained by the light receiving element 9 is kept constant, thereby controlling the laser light output L3 to be constant.

このとき、従来の波長変換固体レーザ装置11(図5)においては、部分反射ミラー8が一般的な光学ガラス(表面無コート)で構成されていたため、高調波L3の偏光比が変わると、部分反射ミラー8での反射光LRの出力に変動が生じていた。   At this time, in the conventional wavelength conversion solid-state laser device 11 (FIG. 5), since the partial reflection mirror 8 is made of general optical glass (uncoated surface), if the polarization ratio of the harmonic L3 changes, There was a change in the output of the reflected light LR from the reflecting mirror 8.

即ち、高調波L3の出力Pは、P偏光成分の出力PpとS偏光成分の出力Psの和で表される。
P=Pp+Ps …(1)
一方、部分反射ミラー8は、反射透過特性に偏光依存性を有するため、P偏光成分に対する反射率をRp、S偏光成分に対する反射率Rsとすると、反射光LRの出力Prは、以下のようになる。
Pr=Rp・Pp+Rs・Ps …(2)
従って、(1)式及び(2)式より、
Pr/P=Rp(Pp/P)+Rs(Ps/P) …(3)
の関係が得られ、高調波出力Pの偏光比の変動が、そのまま反射光出力Prの変動をもたらすことになる。
That is, the output P of the harmonic L3 is represented by the sum of the output Pp of the P polarization component and the output Ps of the S polarization component.
P = Pp + Ps (1)
On the other hand, since the partial reflection mirror 8 has polarization dependency in reflection / transmission characteristics, assuming that the reflectance for the P-polarized component is Rp and the reflectance Rs for the S-polarized component, the output Pr of the reflected light LR is as follows: Become.
Pr = Rp · Pp + Rs · Ps (2)
Therefore, from the equations (1) and (2),
Pr / P = Rp (Pp / P) + Rs (Ps / P) (3)
Thus, the fluctuation of the polarization ratio of the harmonic output P directly causes the fluctuation of the reflected light output Pr.

これに対して本実施の形態の波長変換固体レーザ装置21においては、光分岐素子22の部分反射膜24により、高調波出力のP偏光成分とS偏光成分とが互いに略同等の反射率で反射されるようにしているので、P偏光成分に対する反射率とS偏光成分に対する反射率をともにRpsとすると、上記(2)式は、
Pr=Rps・(Pp+Ps) …(2)’
となる。これにより、
Pr/P=Rps{(Pp/P)+(Ps/P)}=Rps…(3)’
となり、高調波出力Pの偏光比の影響を受けることなく、反射光出力Prが一定する。
On the other hand, in the wavelength conversion solid-state laser device 21 of the present embodiment, the P-polarized component and the S-polarized component of the harmonic output are reflected with substantially the same reflectance by the partial reflection film 24 of the optical branching element 22. Therefore, assuming that the reflectance for the P-polarized component and the reflectance for the S-polarized component are both Rps, the above equation (2) is
Pr = Rps · (Pp + Ps) (2) ′
It becomes. This
Pr / P = Rps {(Pp / P) + (Ps / P)} = Rps (3) ′
Thus, the reflected light output Pr is constant without being affected by the polarization ratio of the harmonic output P.

従って本実施の形態によれば、高調波L3の偏光状態に関係なく、受光素子9に入力される反射光強度Prを一定に維持することができるので、固体レーザ媒質2等の温度や励起パワーに影響されない安定した高調波出力Pを得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the reflected light intensity Pr input to the light receiving element 9 can be kept constant regardless of the polarization state of the harmonic L3, so that the temperature and excitation power of the solid-state laser medium 2 etc. It is possible to obtain a stable harmonic output P that is not affected by.

図3A〜Cは、本発明に係る光分岐素子22の他の実施の形態をそれぞれ示している。   3A to 3C show other embodiments of the optical branching device 22 according to the present invention.

図3Aに示した構成は、光学ガラス23の表面側だけでなく裏面側にも同様な構成の部分反射膜24を形成した例を示している。これにより、光学ガラス23の裏面側で反射する高調波出力の偏光状態によらない反射光が得られ、高調波出力制御の安定性を更に高めることができる。   The configuration shown in FIG. 3A shows an example in which the partial reflection film 24 having the same configuration is formed not only on the front surface side but also on the back surface side of the optical glass 23. Thereby, the reflected light which does not depend on the polarization state of the harmonic output reflected on the back surface side of the optical glass 23 is obtained, and the stability of the harmonic output control can be further enhanced.

図3Bに示した構成は、光学ガラス23の表面側に部分反射膜24を形成し、裏面側に高調波出力に対して反射防止となる反射防止膜25を形成した例を示している。また、図3Cに示した構成は、光学ガラス23の表面側に反射防止膜25を形成し、裏面側に部分反射膜24を形成した例を示している。これらの構成例によれば、部分反射膜24が形成された一方側の面においてのみ高調波出力の一部を反射させるようにしているので、両面で反射する光の相互の干渉等による影響を受けることなく、高調波の安定した出力制御を実現することが可能となる。   The configuration shown in FIG. 3B shows an example in which a partial reflection film 24 is formed on the front surface side of the optical glass 23 and an antireflection film 25 that prevents reflection of harmonic output is formed on the back surface side. 3C shows an example in which an antireflection film 25 is formed on the front side of the optical glass 23 and a partial reflection film 24 is formed on the back side. According to these configuration examples, since a part of the harmonic output is reflected only on the one side surface on which the partial reflection film 24 is formed, there is an influence due to mutual interference of light reflected on both sides. Without receiving, stable output control of harmonics can be realized.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   The embodiment of the present invention has been described above. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば以上の実施の形態では、固体レーザ媒質2で発振したレーザ光L2を非線形光学素子3で第2高調波に波長変換し出力する、波長変換固体レーザ装置に本発明を適用した例について説明したが、波長変換型に限られず、固体レーザ媒質2で発振したレーザ光L2をそのまま出力光とする固体レーザ装置にも、本発明は適用可能である。   For example, in the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the wavelength conversion solid-state laser device that converts the wavelength of the laser light L2 oscillated in the solid-state laser medium 2 into the second harmonic by the nonlinear optical element 3 and outputs it is described. However, the present invention is not limited to the wavelength conversion type, and the present invention can also be applied to a solid-state laser device that directly uses the laser light L2 oscillated by the solid-state laser medium 2 as output light.

また図4に示したように、光分岐素子26として、励起光L1及び基本波L2に対しては非透過で高調波L3に対しては透過の光学フィルタ27の少なくとも一表面に部分反射膜24を形成したものを用いても、上述の実施の形態と同様な効果を得ることができる。この場合、光分岐素子26と受光素子9との間に、上記実施形態と同様な構成の光学フィルタ7を配置するとより好ましい。   As shown in FIG. 4, as the optical branching element 26, the partial reflection film 24 is formed on at least one surface of the optical filter 27 that is non-transmissive to the excitation light L1 and the fundamental wave L2 and transmissive to the harmonic L3. Even if the one formed with is used, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. In this case, it is more preferable to dispose the optical filter 7 having the same configuration as that of the above embodiment between the light branching element 26 and the light receiving element 9.

本発明の実施の形態による波長変換固体レーザ装置21の構成を説明する概略図である。It is the schematic explaining the structure of the wavelength conversion solid-state laser apparatus 21 by embodiment of this invention. 本発明に係る光分岐素子22を構成する部分反射膜24の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the partial reflection film 24 which comprises the light branching element 22 which concerns on this invention. 光分岐素子22の他の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the optical branching element 22. 本発明の実施の形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of embodiment of this invention. 従来の波長変換固体レーザ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional wavelength conversion solid-state laser apparatus. ガラス表面における偏光反射率特性を示す図である。It is a figure which shows the polarization reflectance characteristic in the glass surface.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体レーザ(励起源)、2…固体レーザ媒質、3…非線形光学素子(波長変換素子)、4…入力側反射鏡、5…出力側反射鏡、6…レーザ共振器、9…受光素子、10…出力安定化回路、21…波長変換固体レーザ装置(光励起固体レーザ装置)、22…光分岐素子、23…光学ガラス、24…部分反射膜、24A…酸化タンタル膜、24B…酸化珪素膜、25…反射防止膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser (excitation source), 2 ... Solid laser medium, 3 ... Nonlinear optical element (wavelength conversion element), 4 ... Input side reflecting mirror, 5 ... Output side reflecting mirror, 6 ... Laser resonator, 9 ... Light receiving element DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Output stabilization circuit, 21 ... Wavelength conversion solid-state laser device (light excitation solid-state laser device), 22 ... Optical branching element, 23 ... Optical glass, 24 ... Partial reflection film, 24A ... Tantalum oxide film, 24B ... Silicon oxide film 25: Antireflection film.

Claims (5)

励起光を出射する励起源と、
前記励起源からの励起光によって励起されて発振光を発生する固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質から出力される発振光を部分的に取り出す光分岐素子と、
前記光分岐素子で取り出された発振光を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子の出力を受けて前記励起光の出力を一定に制御する出力安定化回路とを備えた光励起固体レーザ装置において、
前記光分岐素子は、前記固体レーザ媒質からの出力光の一部を反射し残りを透過させる部分反射ミラーでなり、
この部分反射ミラーの反射面には、当該出力光のP偏光成分とS偏光成分とを互いに略同等の反射率で反射させる光学膜が形成されている
ことを特徴とする光励起固体レーザ装置。
An excitation source that emits excitation light;
A solid-state laser medium that generates oscillation light when excited by excitation light from the excitation source;
An optical branching element for partially extracting oscillation light output from the solid-state laser medium;
A light receiving element that receives the oscillation light extracted by the light branching element and converts it into an electrical signal;
In an optically pumped solid-state laser device comprising an output stabilizing circuit that receives the output of the light receiving element and controls the output of the pumping light to be constant,
The optical branching element is a partially reflecting mirror that reflects part of the output light from the solid-state laser medium and transmits the rest.
An optical film that reflects the P-polarized component and the S-polarized component of the output light with substantially the same reflectance is formed on the reflection surface of the partial reflection mirror.
前記部分反射ミラーはその表裏面を前記反射面として有し、その少なくとも一方の面に前記光学膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光励起固体レーザ装置。
The optically pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein the partial reflection mirror has front and back surfaces as the reflection surface, and the optical film is formed on at least one surface of the partial reflection mirror.
前記部分反射ミラーはその表裏面を前記反射面として有し、一方側の面に前記光学膜が形成されており、他方側の面には前記出力光に対して反射防止となる反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光励起固体レーザ装置。
The partial reflection mirror has front and back surfaces as the reflection surface, the optical film is formed on one surface, and an antireflection film that prevents reflection of the output light is formed on the other surface. The optically pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein the optically pumped solid-state laser device is formed.
前記光学膜は、酸化タンタル膜と酸化珪素膜とを交互に複数積層した多層膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の光励起固体レーザ装置。
The optically pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein the optical film is a multilayer film in which a plurality of tantalum oxide films and silicon oxide films are alternately stacked.
前記固体レーザ媒質の出力端側に波長変換素子が設けられ、前記光分岐素子には、前記波長変換素子で波長変換された出力光が入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の光励起固体レーザ装置。

2. The optical excitation according to claim 1, wherein a wavelength conversion element is provided on an output end side of the solid-state laser medium, and the output light wavelength-converted by the wavelength conversion element is incident on the optical branching element. Solid state laser device.

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