JP2006279067A - Semiconductor laser stimulating solid-state laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザー励起固体レーザーに関し、特に詳細には、出力安定化制御の精度向上を図った半導体レーザー励起固体レーザーに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser-pumped solid-state laser, and more particularly to a semiconductor laser-pumped solid-state laser that improves the accuracy of output stabilization control.
例えば特許文献1に示されるように、ネオジウム(Nd)が添加されたレーザー結晶を半導体レーザーから発せられた光によって励起する固体レーザーが公知となっている。 For example, as shown in Patent Document 1, a solid-state laser that excites a laser crystal to which neodymium (Nd) is added by light emitted from a semiconductor laser is known.
この半導体レーザー励起固体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを得るために、その共振器内に非線形光学材料からなる光波長変換素子を配置して、固体レーザービームを第2高調波等に波長変換することも広く行なわれている。 In this semiconductor laser pumped solid-state laser, in order to obtain a laser beam with a shorter wavelength, an optical wavelength conversion element made of a nonlinear optical material is arranged in the resonator, and the solid-state laser beam is converted into a second harmonic wave or the like. Conversion is also widely performed.
一方、上述の半導体レーザー励起固体レーザーに対しては、多くの場合、波長変換波の出力を一定に保ちたいという要求がある。そこで従来、例えば特許文献2に示されるように、レーザービームの一部を透過させ残余を反射させる部分反射ミラー等の光分岐手段と、分岐されたレーザービームの光量を検出する光検出器と、この光検出器の出力を受けて該出力を一定化するように半導体レーザーの駆動電流を制御するAPC(Automatic Power Control )回路とを設けて、出力を安定化するようにした半導体レーザー励起固体レーザーが提案されている。 On the other hand, in many cases, the above-described semiconductor laser-pumped solid-state laser is required to keep the output of the wavelength-converted wave constant. Therefore, conventionally, for example, as shown in Patent Document 2, a light branching means such as a partial reflection mirror that transmits a part of the laser beam and reflects the remainder, a photodetector that detects the light amount of the branched laser beam, A semiconductor laser pumped solid-state laser which is provided with an APC (Automatic Power Control) circuit for controlling the driving current of the semiconductor laser so as to receive the output of the photodetector and to stabilize the output so as to stabilize the output. Has been proposed.
なお、固体レーザービームが前述のように波長変換される場合は、上記光分岐手段に波長変換後のレーザービームが入射するように構成され、この波長変換後のレーザービームの出力が安定化される。
しかし、この従来の半導体レーザー励起固体レーザーにおいては、出力安定化制御をかけていても、経時変化や湿度変化があると、出力が変動しやすいという問題が認められている。 However, in this conventional semiconductor laser-pumped solid-state laser, there is a problem that the output is likely to fluctuate if there is a change over time or a change in humidity even if output stabilization control is applied.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、経時変化や湿度変化があっても、出力を精度良く安定化することができる半導体レーザー励起固体レーザーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor laser-excited solid-state laser capable of accurately stabilizing the output even when there is a change with time or a change in humidity.
本発明による半導体レーザー励起固体レーザーは、半導体レーザーから発せられた励起光によりレーザー結晶を励起する基本構成に加えて、
前述した光分岐手段としての部分反射ミラーと、レーザービームの光量を検出する光検出器と、APC回路とを設けてレーザービームの出力を安定化する半導体レーザー励起固体レーザーにおいて、
部分反射ミラーとして、反射面となる表裏面の双方が無コート面とされたものが用いられ、
この部分反射ミラーが、前記表裏面でそれぞれ反射した前記レーザービームを共に前記光検出器に導くように配置されていることを特徴とするものである。
The semiconductor laser excitation solid-state laser according to the present invention has a basic structure for exciting a laser crystal with excitation light emitted from a semiconductor laser,
In the semiconductor laser pumped solid state laser that stabilizes the output of the laser beam by providing the partial reflection mirror as the light branching means, the photodetector for detecting the light quantity of the laser beam, and the APC circuit,
As a partial reflection mirror, both the front and back surfaces serving as a reflection surface are used as uncoated surfaces,
The partial reflection mirror is arranged so as to guide both the laser beams reflected by the front and back surfaces to the photodetector.
なお上記部分反射ミラーは、表裏面でそれぞれ反射したレーザービームの光路を、ビーム径(1/e2 径)の1.5 倍以上互いにずらすように配置されるのが望ましい。 The partial reflection mirror is preferably arranged so that the optical paths of the laser beams reflected on the front and back surfaces are shifted from each other by 1.5 times or more of the beam diameter (1 / e 2 diameter).
また、上記部分反射ミラーは、分岐させるレーザービームがp偏光で入射するように配置されていることが望ましい。 Further, the partial reflection mirror is preferably arranged so that the branched laser beam is incident as p-polarized light.
一方本発明において、部分反射ミラーに入射するレーザービームは、光波長変換素子により波長変換されたものであってもよい。 On the other hand, in the present invention, the laser beam incident on the partial reflection mirror may be wavelength-converted by an optical wavelength conversion element.
本発明者の研究によると、先に述べた従来装置における問題は、部分反射ミラーに施されている反射率調整のためのコートに起因していることが分かった。すなわち、この種のコートは経時変化や湿度変化によって反射率が変化し、この反射率変化があると、たとえ出力は一定であっても、部分反射ミラーを介してAPC用光検出器に入射するレーザービームの光量が変動することになる。すると、それに応じて半導体レーザーの駆動電流が増減されて、半導体レーザー励起固体レーザーの出力が変動してしまうのである。 According to the research of the present inventor, it has been found that the problem in the conventional apparatus described above is caused by the coat for adjusting the reflectivity applied to the partial reflection mirror. That is, the reflectance of this type of coat changes with time and humidity, and when this reflectance change occurs, even if the output is constant, it enters the APC photodetector via the partial reflection mirror. The light quantity of the laser beam will fluctuate. Then, the drive current of the semiconductor laser is increased or decreased accordingly, and the output of the semiconductor laser pumped solid state laser fluctuates.
それに対して本発明の半導体レーザー励起固体レーザーにおいては、反射面となる表裏面の双方が無コート面である部分反射ミラーが用いられているので、上記経時変化や湿度変化による部分反射ミラーの反射率変化が全く無くなり、あるいは少なくなるので、半導体レーザー励起固体レーザーの出力を、経時変化や湿度変化に拘らず精度良く安定化させることができる。 On the other hand, in the semiconductor laser pumped solid-state laser of the present invention, a partially reflecting mirror is used in which both the front and back surfaces serving as reflecting surfaces are uncoated surfaces. Since the rate change is completely eliminated or reduced, the output of the semiconductor laser-excited solid-state laser can be stabilized with high accuracy regardless of changes with time and humidity.
また、本発明の半導体レーザー励起固体レーザーにおいては、上記表裏面で反射した各レーザービームを共にAPC用光検出器に導くように部分反射ミラーを配置したので、表裏面の一方で反射したレーザービームのみを検出する場合と比べて、光検出器の受光量を多く確保することができる。 Further, in the semiconductor laser pumped solid state laser of the present invention, since the partial reflection mirror is arranged so as to guide each laser beam reflected on the front and back surfaces to the APC photodetector, the laser beam reflected on one side of the front and back surfaces. The amount of light received by the photodetector can be secured more than when detecting only the light.
また、表裏面の双方が無コート面である部分反射ミラーを用いる場合は、コート無しの大サイズの平板をただ小さく切るだけで形成され得る安価な部分反射ミラーを利用できるから、装置コストが低く抑えられるようになる。 In addition, when using a partially reflecting mirror whose both front and back surfaces are uncoated surfaces, an inexpensive partially reflecting mirror that can be formed by simply cutting a large uncoated flat plate into small pieces can be used. It will be suppressed.
一方、表裏面で反射した各レーザービームの光路を、ビーム径(1/e2 径)の1.5 倍以上互いにずらすように部分反射ミラーを形成しておけば、それらのレーザービームが近付き過ぎて干渉し、それにより光検出器の受光量が変化してしまうことを防止できる。 On the other hand, if partial reflection mirrors are formed so that the optical paths of the laser beams reflected on the front and back surfaces are shifted from each other by more than 1.5 times the beam diameter (1 / e 2 diameter), the laser beams will be too close and interfere. As a result, the amount of light received by the photodetector can be prevented from changing.
また部分反射ミラーを、分岐させるレーザービームがp偏光で入射するように配置しておけば、s偏光で入射する場合と比べて反射率が低くなる。そこで、レーザービームを少ない損失で取り出すことが可能となる。 If the partial reflection mirror is arranged so that the branched laser beam is incident as p-polarized light, the reflectance becomes lower than that when incident as s-polarized light. Therefore, the laser beam can be extracted with a small loss.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明の半導体レーザー励起固体レーザーを説明するための参考例について、その側面形状を示す図1を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a reference example for explaining the semiconductor laser excitation solid-state laser of the present invention will be described with reference to FIG.
この半導体レーザー励起固体レーザーは、励起光としてのレーザービーム10を発する半導体レーザー11と、発散光であるレーザービーム10を集光する集光レンズ12と、ネオジウム(Nd)がドープされた固体レーザー媒質であるYAG結晶(Nd:YAG結晶)13と、このNd:YAG結晶13の前方側つまり半導体レーザー11と反対側に配された共振器ミラー14とを有している。
This semiconductor laser excitation solid-state laser includes a
またNd:YAG結晶13と共振器ミラー14との間には、Nd:YAG結晶13側から順に、周期ドメイン反転構造を有する非線形光学材料であるMgO:LiNbO3 結晶(以下、反転ドメインLN結晶と称する)15、光軸に対して35′傾けたカルサイト結晶17が配設されている。
Further, between the Nd:
半導体レーザー11は、活性層幅が約50μmのブロードエリアレーザーであり、中心波長809 nmのレーザービーム10を発するものが用いられている。またレーザービーム10の直線偏光方向は図中のβ方向に設定されている。
The
集光レンズ12は、一例として屈折率分布形レンズ(セルフォックレンズ(登録商標)等)からなり、球面加工が施された片面側をNd:YAG結晶13に向けて保持部材20に固定されている。Nd:YAG結晶13は厚さ1mmに形成されたものであり、集光レンズ12は該結晶13の入射端面から厚さ方向0.5 mmの位置に、拡大率0.8 〜1.0 倍でレーザービーム10を収束させるように位置調整されている。
The
この集光レンズ12と半導体レーザー11は、図中のα、β方向の所定位置に集光点が位置するように相対位置が調整された後、保持部材20に固定される。なお、半導体レーザー11および集光レンズ12が取り付けられた保持部材20の部分を以下、励起部と称する。
The
Nd:YAG結晶13は、入射したレーザービーム10によってネオジウムイオンが励起されることにより、波長 946nmの光を発する。Nd:YAG結晶13の入射端面13aには、波長 946nmの光は良好に反射させる(反射率99.9%以上)一方、波長809 nmの励起用レーザービーム10は良好に透過させる(透過率93%以上)コートが施されている。一方共振器ミラー14のミラー面14aには、波長 946nmの光は良好に反射させ(反射率99.9%以上)、下記の波長473 nmの光は透過させる(透過率90%以上)コートが施されている。
The Nd:
したがって、上記波長 946nmの光はそれに対する高反射面となっているNd:YAG結晶端面13aとミラー面14aとの間に閉じ込められてレーザー発振を引き起こし、波長 946nmのレーザービーム18が発生する。基本波としてのこのレーザービーム18は反転ドメインLN結晶15により、波長が1/2すなわち473 nmの第2高調波19に変換され、共振器ミラー14からは主にこの第2高調波19が出射する。
Therefore, the light with a wavelength of 946 nm is confined between the Nd: YAG crystal end face 13a and the mirror face 14a, which is a highly reflective surface, and causes laser oscillation, and a laser beam 18 with a wavelength of 946 nm is generated. This laser beam 18 as a fundamental wave is converted by the inversion
なお本例において、Nd:YAG結晶13の厚さは1mmである。また反転ドメインLN結晶15の長さは2mm、共振器ミラー14の曲率半径は15mm、共振器を構成するNd:YAG結晶端面13aとミラー面14aとの間の距離は約10mmである。一方Nd:YAG結晶端面13aには、波長473 nmの第2高調波19を良好に反射させる(反射率95%以上)コートも施されており、それにより、反転ドメインLN結晶15で発生してNd:YAG結晶13側に進行した第2高調波19を共振器ミラー14側に反射させて、高い第2高調波出力が得られるようになっている。
In this example, the thickness of the Nd:
また反転ドメインLN結晶15の結晶軸は、図2に示すように、c軸がβ方向となるように配されている。そして反転ドメインLN結晶15のドメイン反転部15aの周期は約4.7 μmであり、半導体レーザー11が発するレーザービーム10の中心波長が809 nmとなる温度で位相整合するように構成されている。
The crystal axis of the inversion
カルサイト結晶17は厚さ約340 μmの平行平板で、c軸からa軸方向に46.7°の方向にカットされている。そこで、平行平面を形成する光入出射面にはa軸と、cとaを含む軸が出ている。このカルサイト結晶17の複屈折性のため、該結晶17中では波長 946nmのレーザービーム18の偏光によって光路が異なるので、共振器ミラー14の位置調整によって所望の偏光のみを発振させることができる。
The calcite crystal 17 is a parallel plate having a thickness of about 340 μm and is cut in the direction of 46.7 ° from the c-axis to the a-axis. Therefore, an a-axis and an axis including c and a are projected on the light incident / exit surface forming the parallel plane. Due to the birefringence of the calcite crystal 17, the optical path differs depending on the polarization of the laser beam 18 having a wavelength of 946 nm in the crystal 17, so that only desired polarization can be oscillated by adjusting the position of the
そしてカルサイト結晶17の光入出射面には、波長 946nmの光に対して反射率14.5%となるコートが施され、該結晶17は発振モードを単一縦モード化するエタロンとして作用する。本例では、カルサイト結晶17のa軸をほぼβ方向に揃え、このβ方向に偏光した波長 946nmの光を発振させている。 The light incident / exit surface of the calcite crystal 17 is coated with a coating having a reflectance of 14.5% with respect to light having a wavelength of 946 nm, and the crystal 17 functions as an etalon for changing the oscillation mode to a single longitudinal mode. In this example, the a-axis of the calcite crystal 17 is substantially aligned in the β direction, and light having a wavelength of 946 nm polarized in the β direction is oscillated.
一方、上述した通り反転ドメインLN結晶15はc軸がβ方向となるように配されているので、非線形光学定数d33を用いて、β方向に偏光した波長473 nmの第2高調波19が発生する。
On the other hand, since the inversion
以上説明したNd:YAG結晶13、共振器ミラー14、反転ドメインLN結晶15およびカルサイト結晶17は、保持部材21に取り付けられている。なお以下では、この保持部材21の部分を共振器部と称する。
The Nd:
この共振器部から出射した第2高調波19は、保持部材22に取り付けられた部品からなるAPC部に入射する。保持部材22は図3に、図1中の上方から見た平断面形状を示すように、互いに直交する端面22aおよび22bと、これらの端面22a、22bに対して45°の角度をなす端面22cとを有し、その内部には直角に折れて3つの端面22a、22bおよび22cに開口する光通過孔22dが穿設されている。
The second
共振器部の方を向く上記端面22aには、励起用レーザービーム10および固体レーザービーム18を吸収する一方、第2高調波19は通過させるフィルター23が取り付けられている。また斜めの端面22cには、第2高調波19の一部を通過させ、残余を端面22b側に反射させる部分反射ミラー24が取り付けられている。そして端面22bには、上記の反射した第2高調波19を検出するAPC用光検出器25が取り付けられている。
A
上記フィルター23としては、光量の大きな励起用レーザービーム10に対する透過率が0.01〜 0.001%のものが用いられている。またその光入出射面には、波長473 nmの光に対する反射率が0.5 %以下となるARコートが施されている。
As the
APC用光検出器25としては、SiフォトダイオードやSiPINフォトダイオード等、可視光に感度を有するものを適宜選択使用することができるが、励起用レーザービーム10や固体レーザービーム18に対して相対的に感度が低いものを用いるのが望ましい。光検出器25の光検出信号Sは、先に述べたAPCつまり第2高調波19の出力を安定化させる制御に用いられるが、その点については後述する。
As the
一方、光分岐手段としての部分反射ミラー24は、光入出射面がほぼ平行な合成石英の平板からなり、上記端面22cに固定されたことにより、光軸(γ軸)に対して45°傾いた状態となっている。この部分反射ミラー24の表面(A面)24aは無コート面とされ、裏面(B面)24bには、第2高調波19に対して反射率が0.5%以下となるARコートが施されている。
On the other hand, the
部分反射ミラー24を透過した第2高調波19は、図1に示される通り、開口板33の開口33aを通過した後、パッケージキャップ34の出射窓34aからパッケージ外に出射する。なお上記開口33aの径は、第2高調波19のビーム径(1/e2 径)の例えば1.5 〜2.5 倍程度とされ、ここに第2高調波19を通すことにより、前記共振器部やAPC部で発生した迷光がカットされる。
As shown in FIG. 1, the second harmonic 19 transmitted through the
またパッケージキャップ34の出射窓34aに取り付けられた窓ガラス35は、表裏の多重反射による干渉で第2高調波出力が低下するのを防ぐため、表裏面の平行度を5〜30′程度としてある。そしてこれら表裏面には、第2高調波19に対する反射率が0.5 %以下となるコートが施されている。
In addition, the
以上説明した励起部、共振器部およびAPC部を保持した各保持部材20、21および22は、板状のベースプレート30上に接着され、該ベースプレート30およびペルチェ素子31を介してパッケージベース32に接着固定されている。
The holding
そして、共振器部に取り付けられたサーミスタ36により共振器内の温度が検出され、図示しない温度制御回路によりこの検出温度が所定の温度となるようにペルチェ素子31の電流が調節されて、共振器内の温度が所定温度に維持される。
Then, the temperature in the resonator is detected by the
ここで、ベースプレート30上の各要素の温度は均一であるのが望ましく、そこで保持部材20、21、22およびベースプレート30はアルミニウム、銅またはこれらの合金のように熱伝導率の高い材料から形成されるのが望ましい。また、各部の接着固定も熱伝導率性接着剤、半田等熱伝導率の高いものによってなされるのが望ましいが、エポキシ接着剤等の一般的な接着剤でも、接着層を10μm以下程度に薄くすれば、熱抵抗が小さくなるので使用可能である。
Here, it is desirable that the temperature of each element on the
また本例においては、全ての部品の取り付けが終了した後、電気部品の配線を済ませたパッケージベース32とパッケージキャップ34とが、乾燥窒素雰囲気中でシーム溶接される。
Further, in this example, after all the components have been attached, the
次に、前述したAPCについて詳しく説明する。図3に示されるように光検出器25の光検出信号Sは、APC回路26に入力される。APC回路26は例えばこの光検出信号Sと所定の基準信号とを比較し、前者が後者を上回るときは半導体レーザ11の駆動電流Iを低下させ、その反対のときは駆動電流Iを増大させる。それにより、第2高調波19の出力が所定の一定値に保たれる。
Next, the aforementioned APC will be described in detail. As shown in FIG. 3, the light detection signal S of the
ここで、β方向に偏光した第2高調波19は、部分反射ミラー24の表面24aにs偏光として入射するため、反射率の公式より、その反射率は約8.5 %となる。この反射率は、空気および合成石英の屈折率と入射角のみから定まるものであって、従来装置で用いられているコート付きの部分反射ミラーのように、経時変化や湿度変化によって反射率が変化することがない。そこで、この反射率の変化のためにAPC用光検出器25の検出光量が変化することがなく、その結果、長期に亘り安定な第2高調波出力を得ることができる。
Here, since the second
なお、部分反射ミラー24の裏面24bの反射率は0.5 %以下で、そこからの反射光光量は元々非常に少ない。そこで、この反射光が光検出器25に検出されるとしても、反射率変化による検出光量の変化は現実上無視できる。しかし本例では図3に示される通り、上記ミラー裏面24bからの反射光が光検出器25の光電面に入射しないように部分反射ミラー24の厚さを設定して、経時変化や湿度変化によって光検出器25の検出光量が変化することをより確実に防止している。
Note that the reflectance of the back surface 24b of the
次に、図4を参照して本発明の一実施形態による半導体レーザー励起固体レーザーについて説明する。なおこの図4において、図1中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重複した説明は省略する。 Next, a semiconductor laser pumped solid state laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, elements that are the same as those in FIG. 1 are given the same numbers, and redundant descriptions thereof are omitted.
この図4の半導体レーザー励起固体レーザーは、図1のものと比較すると、基本構成上、Nd:YAG結晶13に代えてネオジウム(Nd)がドープされた固体レーザー媒質であるYVO4 結晶(Nd:YVO4 結晶)43が、反転ドメインLN結晶15に代えてKTP結晶45が、そしてカルサイト結晶17に代えてブリュースタ板47が用いられている点が異なる。また、APC部を構成する保持部材42における部分反射ミラー44の配置の向きも、図1のものとは異なっている。
Compared with that of FIG. 1, the semiconductor laser pumped solid state laser of FIG. 4 is based on a basic configuration, and instead of the Nd:
ここで半導体レーザー11は、活性層幅が約100 μmのブロードエリアレーザーであり、中心波長809 nmのレーザービーム10を発するものが用いられている。またレーザービーム10の直線偏光方向は図中のα、β方向に対して45°の角度をなす方向に設定されている。なおこの偏光方向等については、分かりやすくまとめて図5に示してある。
Here, the
Nd:YVO4 結晶43は厚さ1mmに形成されており、集光レンズ12は該結晶43の入射端面から厚さ方向約0.4 mmの位置に、拡大率0.8 〜1.0 倍でレーザービーム10を収束させるように位置調整されている。
The Nd: YVO 4 crystal 43 is formed to a thickness of 1 mm, and the
Nd:YVO4 結晶43は、入射したレーザービーム10によってネオジウムイオンが励起されることにより、波長1064nmの光を発する。Nd:YVO4 結晶43の入射端面43aには、波長1064nmの光は良好に反射させる(反射率99.9%以上)一方、波長809 nmの励起用レーザービーム10は良好に透過させる(透過率93%以上)コートが施されている。共振器ミラー14のミラー面14aには、波長1064nmの光は良好に反射させ(反射率99.9%以上)、下記の波長532 nmの光は透過させる(透過率90%以上)コートが施されている。
The Nd: YVO 4 crystal 43 emits light having a wavelength of 1064 nm when neodymium ions are excited by the
したがって、上記波長1064nmの光はそれに対する高反射面となっているNd:YVO4 結晶端面43aとミラー面14aとの間に閉じ込められてレーザー発振を引き起こし、波長1064nmのレーザービーム18が発生する。基本波としてのこのレーザービーム18はKTP結晶45により、波長が1/2すなわち532 nmの第2高調波19に変換され、共振器ミラー14からは主にこの第2高調波19が出射する。
Therefore, the light having a wavelength of 1064 nm is confined between the Nd: YVO 4 crystal end face 43a and the mirror surface 14a, which is a highly reflective surface, and causes laser oscillation, and a laser beam 18 having a wavelength of 1064 nm is generated. The laser beam 18 as the fundamental wave is converted by the
なお本例において、Nd:YVO4 結晶43としてはa軸カットのものが用いられ、その厚さは1mmである。またKTP結晶45の長さは5mm、共振器ミラー14の曲率半径は50mm、共振器を構成するNd:YVO4 結晶端面43aとミラー面14aとの間の距離は約11mmである。
In this example, the Nd: YVO 4 crystal 43 is a-axis cut and has a thickness of 1 mm. The length of the
ブリュースタ板47は石英の平行平板からなり、共振器内で発振しているレーザービーム18の偏光方向を制御して、単一縦モード発振を実現する。つまりこのブリュースタ板47は、図5に示す回転軸を中心として、波長1064nmに対するブリュースタ角(約54°)に傾けてある。それにより、この回転軸方向に偏光した波長1064nmの光は反射率の高いs偏光として該ブリュースタ板47に入射するのでロスが大きくなり、それに垂直な方向の偏光成分を持つロスの小さい波長1064nmの光のみが発振することになる。
The
また、単一縦モード発振を実現しつつ、効率良く波長変換を行なうために、各結晶43、45の結晶軸およびレーザービーム10、18の偏光方向は図5に示すように設定されており、発生する第2高調波19の偏光方向はβ方向となる。
Further, in order to perform wavelength conversion efficiently while realizing single longitudinal mode oscillation, the crystal axes of the
部分反射ミラー44は、光入出射面がほぼ平行な合成石英の平板からなり、光軸(γ軸)に対して45°傾いた状態となっている。この部分反射ミラー44の表面44a、裏面44bとも無コート面とされており、β方向に偏光した波長532 nmの第2高調波19は、それらの面44a、44bにp偏光として入射するため、反射率の公式より、その反射率は約0.7 %となる。
The partial reflection mirror 44 is composed of a synthetic quartz flat plate whose light incident / exit surfaces are substantially parallel, and is inclined by 45 ° with respect to the optical axis (γ axis). Both the front surface 44a and the back surface 44b of the partial reflection mirror 44 are uncoated surfaces, and the second
この反射率は、空気および合成石英の屈折率と入射角のみから定まるものであって、経時変化や湿度変化によって反射率が変化することがない。そこで本例でも、この反射率の変化のためにAPC用光検出器25の検出光量が変化することがなく、その結果、長期に亘り安定な第2高調波出力を得ることができる。
This reflectivity is determined only from the refractive index and incident angle of air and synthetic quartz, and the reflectivity does not change due to changes over time or humidity. Therefore, also in this example, the amount of light detected by the
また、部分反射ミラー44における反射率は、表裏面合わせても約1.4 %であるので、第2高調波19の多くがこの部分反射ミラー44を透過して、本来の用途に有効に利用されるようになる。 Moreover, since the reflectance of the partial reflection mirror 44 is about 1.4% even when the front and back surfaces are combined, most of the second harmonic 19 is transmitted through the partial reflection mirror 44 and effectively used for the original purpose. It becomes like this.
そして本実施形態では、部分反射ミラー44の表面44aで反射した第2高調波19と、裏面44bで反射した第2高調波19の双方がAPC用光検出器25の光電面に入射するように部分反射ミラー44の厚さが設定されて、該光検出器25の検出光量が十分に確保されている。
In the present embodiment, both the second
さらに部分反射ミラー44の厚さは、表面44a、裏面44bで反射した第2高調波19の光路が、そのビーム径(1/e2 径)の1.5 倍以上互いにずれるように設定されている。そのようにしておけば、光検出器25に向かう2本の第2高調波19が近付き過ぎて干渉し、それにより光検出器25の受光量が変化してしまうことを防止できる。また、このような厚さとしておけば、裏面44bで反射した後さらに表面44aで反射して出射窓34側に進行する第2高調波19を、部分反射ミラー44を透過した第2高調波19から十分に離して、開口板33によって確実にカットできるようになる。
Further, the thickness of the partial reflection mirror 44 is set such that the optical paths of the
10 レーザービーム(ポンピング光)
11 半導体レーザー
12 集光レンズ
13 Nd:YAG結晶
14 共振器ミラー
15 反転ドメインLN結晶
17 カルサイト結晶
18 固体レーザービーム(基本波)
19 第2高調波
23 フィルター
24 部分反射ミラー
24a 部分反射ミラーの表面
24b 部分反射ミラーの裏面
25 APC用光検出器
26 APC回路
30 ベースプレート
31 ペルチェ素子
32 パッケージベース
33 開口板
34 パッケージキャップ
36 サーミスタ
43 Nd:YVO4 結晶
44 部分反射ミラー
44a 部分反射ミラーの表面
44b 部分反射ミラーの裏面
45 KTP結晶
47 ブリュースタ板
10 Laser beam (pumping light)
11 Semiconductor laser
12 Condensing lens
13 Nd: YAG crystal
14 Resonator mirror
15 Inversion domain LN crystal
17 Calcite crystal
18 Solid-state laser beam (fundamental wave)
19 Second harmonic
23 Filter
24 partial reflection mirrors
24a Surface of partially reflecting mirror
24b The back of the partial reflection mirror
25 Photo detector for APC
26 APC circuit
30 Base plate
31 Peltier element
32 Package base
33 Opening plate
34 Package cap
36 thermistor
43 Nd: YVO 4 crystal
44 Partial reflection mirror
44a Surface of partially reflecting mirror
44b The back of the partially reflective mirror
45 KTP crystal
47 Brewster plate
Claims (4)
このレーザー結晶を励起する励起光を発する半導体レーザーと、
この励起により得られたレーザービームの一部を透過させ残余を反射させて、該レーザービームを分岐させる部分反射ミラーと、
分岐されたレーザービームの光量を検出する光検出器と、
この光検出器の出力を受け、該出力を一定化するように前記半導体レーザーの駆動電流を制御するAPC回路とを有する半導体レーザー励起固体レーザーにおいて、
前記部分反射ミラーとして、反射面となる表裏面の双方が無コート面とされたものが用いられ、
この部分反射ミラーが、前記表裏面でそれぞれ反射した前記レーザービームを共に前記光検出器に導くように配置されていることを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー。 Laser crystals,
A semiconductor laser emitting excitation light for exciting the laser crystal;
A partially reflecting mirror that transmits a part of the laser beam obtained by this excitation, reflects the remainder, and branches the laser beam;
A photodetector for detecting the light quantity of the branched laser beam;
In a semiconductor laser pumped solid state laser having an APC circuit that receives the output of the photodetector and controls the driving current of the semiconductor laser so as to make the output constant,
As the partial reflection mirror, both the front and back surfaces serving as a reflection surface are used as uncoated surfaces,
A semiconductor laser-excited solid-state laser, wherein the partial reflection mirror is arranged so as to guide both the laser beams reflected by the front and back surfaces to the photodetector.
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- 2006-06-07 JP JP2006158049A patent/JP2006279067A/en active Pending
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