JP2008145896A - Laser pointer using semiconductor laser excitation solid laser - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser pointer using semiconductor laser excitation solid laser, where a driving current for a semiconductor laser and a cooling power for the semiconductor laser are minimized, and a laser output is stabilized. <P>SOLUTION: The semiconductor laser (1) of a single mode both in a vertical mode and in a horizontal mode is used. The semiconductor laser includes a wavelength that makes absorptance of a solid laser medium (3) the maximum, and also, three or more vertical modes of the semiconductor laser (1) lie within the wavelength range having less fluctuation of the absorptance. The semiconductor laser having the single mode both in the vertical mode and the horizontal mode has a low oscillation threshold and high electrooptic conversion efficiency, then, the driving current and the cooling power can be minimized, and a portable use by the dry battery drive can be made available. Even when mode-hopping among the three vertical modes lying within the wavelength range is performed, since the absorptance fluctuation of the solid laser medium is small, the output is stabilized by the drive current control circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタに関し、さらに詳しくは、半導体レーザの駆動電流および半導体レーザ冷却のための電力を最小化できて乾電池駆動によるポータブル使用が可能であり且つレーザ出力が安定な半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタに関する。   The present invention relates to a laser pointer using a semiconductor laser-pumped solid-state laser, and more particularly, the drive current of the semiconductor laser and the power for cooling the semiconductor laser can be minimized, portable use by dry cell drive and laser output are possible. The present invention relates to a laser pointer using a stable semiconductor laser pumped solid-state laser.

従来、半導体レーザのレーザ光により固体レーザ媒質を励起し、固体レーザ媒質を含む光共振器で基本波を発振し、それを非線形光学結晶により第二高調波に波長変換し、緑色の線状ビームを出すレーザポインタが知られている(例えば特許文献1,特許文献2参照。)。
特許第2500753号公報 特開2004−281932号公報
Conventionally, a solid-state laser medium is excited by a laser beam of a semiconductor laser, a fundamental wave is oscillated by an optical resonator including the solid-state laser medium, and the wavelength is converted to a second harmonic by a nonlinear optical crystal. There is known a laser pointer that emits (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
Japanese Patent No. 2500573 JP 2004-281932 A

上記従来のレーザポインタでは、縦モードおよび横モード共にマルチモードであるいわゆる利得導波型の半導体レーザが用いられているが、利得導波型の半導体レーザは発振閾値が高く電気−光変換効率が低いため、駆動電流が大きくなる原因になっている。また、利得導波型の半導体レーザはその発光パターンが数μm×数十〜数百μmの線状パターンであるため、これから発するビームをレンズで集光した時の集光性能に乏しく、このビームで励起されるべき円形の断面を持つ基本ガウシアンモードである共振器モードと空間的に十分オーバーラップさせること(モードマッチング)は困難である。その結果、励起効率を低下させる原因となっている。また、電気−光変換効率が低いために半導体レーザの発熱が大きく、冷却に要する電力が大きくなる原因になっている。
そこで、本発明の目的は、半導体レーザの駆動電流および冷却のための電力を最小化できて乾電池駆動によるポータブル使用が可能であり且つレーザ出力が安定な半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供することにある。
The conventional laser pointer uses a so-called gain-guided semiconductor laser that is multimode in both the longitudinal mode and the transverse mode. However, the gain-guided semiconductor laser has a high oscillation threshold and high electro-optical conversion efficiency. Since it is low, the driving current becomes large. Further, the gain-guided semiconductor laser has a linear pattern of several μm × several tens to several hundreds of μm in light emission pattern. It is difficult to sufficiently overlap the cavity mode (mode matching), which is a fundamental Gaussian mode having a circular cross section to be excited by the mode. As a result, it is a cause of reducing excitation efficiency. Further, since the electro-optical conversion efficiency is low, the heat generated by the semiconductor laser is large, which causes the power required for cooling to increase.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser that can minimize the driving current and cooling power of a semiconductor laser, can be used portablely by dry cell drive, and has a stable laser output. It is to provide.

第1の観点では、本発明は、縦モードおよび横モード共に0次の基本モードで発振する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザの駆動電流を制御する駆動電流制御手段と、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段とを具備し、前記固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を含み且つ前記第二高調波の強度変動が仕様値の範囲内に収まるような波長範囲内に前記半導体レーザの縦モードが3本以上存在することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供する。
上記第1の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザを用いることとした。縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザは、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を最小化できる。また、横モードがシングルモードであるため共振器モードとのモードマッチング特性が良好であり、高い励起効率が得られる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザの発熱が小さく、冷却のための電力を最小化できる。従って、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。
In a first aspect, the present invention relates to a semiconductor laser that oscillates in a zeroth-order fundamental mode in both a longitudinal mode and a transverse mode, a solid-state laser medium that is excited by laser light output from the semiconductor laser, and the solid-state laser medium. A nonlinear optical crystal that outputs a second harmonic of a fundamental wave oscillated by the optical resonator, a drive current control unit that controls a drive current of the semiconductor laser, and a semiconductor laser Temperature control means for controlling the temperature, including a wavelength at which the absorptance of the solid-state laser medium is maximum, and within a wavelength range in which the intensity fluctuation of the second harmonic falls within a specification value range. Provided is a laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser, wherein there are three or more longitudinal modes of the semiconductor laser.
In the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid state laser according to the first aspect, a single mode semiconductor laser is used for both the longitudinal mode and the transverse mode. A single-mode semiconductor laser in both the longitudinal mode and the transverse mode has a low oscillation threshold and a high electro-optical conversion efficiency, so that the drive current can be minimized. Further, since the transverse mode is a single mode, the mode matching characteristic with the resonator mode is good, and high excitation efficiency is obtained. Further, since the electro-optical conversion efficiency is high, the heat generated by the semiconductor laser is small, and the power for cooling can be minimized. Therefore, portable use by dry cell drive becomes possible.

ところが、一般にシングルモードの半導体レーザでは、中心波長の縦モードと、中心波長より短波長側に隣接する縦モードと、中心波長より長波長側に隣接する縦モードの3本の縦モード間をモードホップするため、そのモードホップによる波長の飛びに対する固体レーザ媒質の吸収率の変動が大きいと、駆動電流制御回路による制御では出力が不安定になってしまう。
そこで、上記第1の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を含み且つ前記第二高調波の強度変動が仕様値の範囲内に収まるような波長範囲内に半導体レーザの縦モードが3本以上存在するようにした。波長範囲内の3本の縦モード間でモードホップしても、波長の飛びに対する固体レーザ媒質の吸収率の変動が小さいため、駆動電流制御回路による制御で出力を安定にすることが出来る。
However, in general, a single mode semiconductor laser has a mode between three longitudinal modes: a longitudinal mode of the center wavelength, a longitudinal mode adjacent to the shorter wavelength side than the center wavelength, and a longitudinal mode adjacent to the longer wavelength side of the center wavelength. Since the hopping occurs, if the change in the absorptance of the solid-state laser medium with respect to the wavelength jump due to the mode hop is large, the output becomes unstable in the control by the drive current control circuit.
Therefore, in the laser pointer using the semiconductor laser-pumped solid-state laser according to the first aspect, the intensity variation of the second harmonic falls within the specification value range including the wavelength at which the absorption rate of the solid-state laser medium is maximized. Three or more longitudinal modes of the semiconductor laser exist in such a wavelength range. Even if mode hopping is performed between three longitudinal modes within the wavelength range, the output of the solid-state laser medium with respect to the wavelength jump is small, so that the output can be stabilized by the control by the drive current control circuit.

第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記波長範囲が、前記固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を中心とする±0.5nmの波長範囲であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供する。
上記第2の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を中心とする±0.5nmの波長範囲とすることで、波長範囲内での固体レーザ媒質の吸収率の変動を小さくすることが出来る。
In a second aspect, the present invention relates to a laser pointer using the semiconductor laser pumped solid-state laser according to the first aspect, wherein the wavelength range is centered around a wavelength at which the absorption rate of the solid-state laser medium is maximum. Provided is a laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser characterized by being in a wavelength range of 0.5 nm.
In the laser pointer using the semiconductor laser-pumped solid-state laser according to the second aspect, a wavelength range of ± 0.5 nm centering on the wavelength at which the absorptance of the solid-state laser medium is maximized is obtained. Variation in the absorptance of the solid-state laser medium can be reduced.

第3の観点では、本発明は、前記第1または前記第2の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供する。
上記第5の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、固体レーザ媒質の端面と非線形光学結晶の端面に基本波に対するミラーコートを施し、それぞれの端面で光共振器を形成することで、構造を単純化でき、温度制御対象をコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力を小さくすることが出来る。
In a third aspect, the present invention provides a laser pointer using the semiconductor laser-pumped solid-state laser according to the first or second aspect, wherein the solid-state laser medium has an end surface on the anti-nonlinear optical crystal side and the nonlinear optical crystal. Provided is a laser pointer using a semiconductor laser-pumped solid-state laser, wherein an end face on the anti-solid laser medium side is mirror-coated with respect to a fundamental wave, and an optical resonator is constituted by the both end faces.
In the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid-state laser according to the fifth aspect, the end face of the solid-state laser medium and the end face of the nonlinear optical crystal are mirror-coated with respect to the fundamental wave, and an optical resonator is formed on each end face. The structure can be simplified and the temperature control object can be made compact. Therefore, the power required for temperature control can be reduced.

第4の観点では、本発明は、前記第3の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供する。
上記第4の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、固体レーザ媒質と非線形光学結晶とを貼り合わせた構造なので、温度制御対象をさらにコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。
In a fourth aspect, the present invention relates to a laser pointer using the semiconductor laser-pumped solid state laser according to the third aspect, wherein an end surface of the solid-state laser medium that is not mirror-coated and a mirror coat of the nonlinear optical crystal are provided. Provided is a laser pointer using a semiconductor laser-pumped solid-state laser, characterized in that an end surface which has not been applied is bonded.
Since the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid state laser according to the fourth aspect has a structure in which the solid state laser medium and the nonlinear optical crystal are bonded together, the temperature control target can be made more compact. Therefore, the power required for temperature control can be further reduced.

第5の観点では、本発明は、前記第1から前記第4のいずれかの観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、該半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタが乾電池駆動であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタを提供する。
上記第5の観点による半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタでは、乾電池駆動であるため、ポータブル使用可能となり、ポータブル使用可能なレーザ墨出し装置を実現できる。
In a fifth aspect, the present invention relates to a laser pointer using a semiconductor laser pumped solid state laser according to any one of the first to fourth aspects, wherein the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid state laser is driven by a dry cell. A laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser is provided.
Since the laser pointer using the semiconductor laser excitation solid-state laser according to the fifth aspect is driven by a dry cell, it can be used in a portable manner, and a portable laser marking device can be realized.

本発明の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタによれば、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いシングルモードの半導体レーザを用いるため、駆動電流および温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。また、吸収率の変動が小さい波長範囲内に縦モードが3本以上存在するため、その間でモードホップしても波長の飛びに対する固体レーザ媒質の吸収率の変動は小さく、駆動電流制御回路による制御で出力を安定にすることが出来る。   According to the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid-state laser of the present invention, since a single mode semiconductor laser having a low oscillation threshold and a high electro-optical conversion efficiency is used, the power required for driving current and temperature control can be minimized, Portable use by dry cell drive becomes possible. In addition, since there are three or more longitudinal modes in the wavelength range where the variation of the absorptance is small, the variation of the absorptance of the solid-state laser medium with respect to the wavelength jump is small even when mode hopping between them, and the control by the drive current control circuit Can stabilize the output.

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.

図1は、実施例1に係るレーザポインタ100を示す構成図である。
このレーザポインタ100は、レーザ光を出射する半導体レーザ1と、レーザ光を集光するレンズ2と、集光されたレーザ光で励起され基本波を誘導放出する固体レーザ媒質3と、基本波を第二高調波に変換する非線形光学結晶4と、光共振器6の一端を構成すると共に第二高調波を透過させるミラー5と、ミラー5を透過した第二高調波の一部を取り出すビームスプリッタ7と、ビームスプリッタ7を通過した第二高調波から赤外線をカットする赤外線カットフィルタ8と、赤外線カットフィルタ8を通過したビーム径を拡げると共に平行ビームにするビームエキスパンダ9と、ビームスプリッタ7で取り出した第二高調波を受光し電気信号に変換するフォトダイオード10と、フォトダイオード10での電気信号の強度が一定になるように半導体レーザ1の駆動電流を制御するAPC(Auto Power Control)回路11と、半導体レーザ1,集光レンズ2,固体レーザ媒質3,非線形光学結晶4およびミラー5を支持するベース12と、ベース12を加熱/冷却するためのペルチェ素子13と、ベース12の温度を検出するためのサーミスタ14と、サーミスタ14で検出した温度が所定の温度になるようにペルチェ素子13を駆動する温度制御回路15と、電源としての乾電池16と、人が携帯可能な大きさの円筒状の筐体17と、バネ18とを具備している。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a laser pointer 100 according to the first embodiment.
The laser pointer 100 includes a semiconductor laser 1 that emits laser light, a lens 2 that condenses the laser light, a solid-state laser medium 3 that is excited by the condensed laser light and emits a fundamental wave, and a fundamental wave. Nonlinear optical crystal 4 that converts to second harmonic, mirror 5 that constitutes one end of optical resonator 6 and transmits the second harmonic, and beam splitter that extracts a portion of the second harmonic transmitted through mirror 5 7, an infrared cut filter 8 that cuts infrared rays from the second harmonic wave that has passed through the beam splitter 7, a beam expander 9 that expands the beam diameter that has passed through the infrared cut filter 8 and makes a parallel beam, and a beam splitter 7. The photodiode 10 that receives the extracted second harmonic and converts it into an electrical signal, and the intensity of the electrical signal at the photodiode 10 is constant. An APC (Auto Power Control) circuit 11 for controlling the drive current of the semiconductor laser 1, a base 12 for supporting the semiconductor laser 1, the condenser lens 2, the solid-state laser medium 3, the nonlinear optical crystal 4 and the mirror 5, and a base 12 A Peltier element 13 for heating / cooling; a thermistor 14 for detecting the temperature of the base 12; a temperature control circuit 15 for driving the Peltier element 13 so that the temperature detected by the thermistor 14 becomes a predetermined temperature; A dry battery 16 as a power source, a cylindrical casing 17 of a size that can be carried by a person, and a spring 18 are provided.

半導体レーザ1は、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザであり、固体レーザ媒質3の吸収ピーク波長(例えば808.5nm)を中心とする波長範囲(例えば808nm〜809nm)の光を出すように温度チューニングされる。
図2に、半導体レーザ1の出力特性を示す。
実線で示すように発振閾値は60mA以下である。
比較のためにマルチモードの半導体レーザの特性を破線で示す。
The semiconductor laser 1 is a single mode semiconductor laser for both the longitudinal mode and the transverse mode, and emits light in a wavelength range (for example, 808 nm to 809 nm) centered on the absorption peak wavelength (for example, 808.5 nm) of the solid-state laser medium 3. Temperature tuned.
FIG. 2 shows the output characteristics of the semiconductor laser 1.
As indicated by the solid line, the oscillation threshold is 60 mA or less.
For comparison, the characteristics of a multimode semiconductor laser are indicated by broken lines.

固体レーザ媒質3は、Nd:YVO4である。
固体レーザ媒質3の半導体レーザ側の端面には808.5nmでは高透過率、1064nmでは高反射率のコーティングが施されている。固体レーザ媒質3の半導体レーザ側の端面とミラー5の間で光共振器6が構成され、1064nmのレーザ光が発振する。
図3に、固体レーザ媒質3の吸収率特性を示す。
吸収ピーク波長は808.5nmである。
一般に、レーザポインタ100から出力されるビームの強度変動が目視で気にならないのは10%程度までである。第二高調波の強度変動を10%程度に抑えるためには、基本波の強度変動を5%以内に抑えればよい。すると、吸収ピーク波長808.5nmで吸収率が0.9であるから、吸収率が5%下がって0.855になる波長807.9nmから波長809.1nmまでの波長範囲で波長が変動してもよい。そこで、この波長範囲807.9nm〜809.1nm、好ましくは波長範囲808nm〜809nm内に、半導体レーザ1の縦モードが3本以上存在すればよい。換言すれば、その波長範囲内に縦モードが3本以上存在するような共振器長を持つ半導体レーザ1を採用すれば、第二高調波の強度変動が仕様値(例えば10%)の範囲内に収まる。
The solid-state laser medium 3 is Nd: YVO 4 .
The semiconductor laser side end face of the solid-state laser medium 3 is coated with a high transmittance at 808.5 nm and a high reflectance at 1064 nm. An optical resonator 6 is formed between the end surface of the solid-state laser medium 3 on the semiconductor laser side and the mirror 5, and a 1064 nm laser beam oscillates.
FIG. 3 shows the absorptance characteristics of the solid-state laser medium 3.
The absorption peak wavelength is 808.5 nm.
In general, the intensity fluctuation of the beam output from the laser pointer 100 is not noticeable up to about 10%. In order to suppress the intensity fluctuation of the second harmonic to about 10%, the intensity fluctuation of the fundamental wave may be suppressed to within 5%. Then, since the absorption rate is 0.9 at the absorption peak wavelength of 808.5 nm, the wavelength fluctuates in the wavelength range from the wavelength 807.9 nm to the wavelength 809.1 nm where the absorption rate decreases by 5% to 0.855. Also good. Therefore, it is sufficient that three or more longitudinal modes of the semiconductor laser 1 exist within the wavelength range of 807.9 nm to 809.1 nm, preferably within the wavelength range of 808 nm to 809 nm. In other words, if the semiconductor laser 1 having a resonator length in which three or more longitudinal modes exist in the wavelength range is adopted, the intensity fluctuation of the second harmonic is within a specification value (for example, 10%). Fits in.

非線形光学結晶4は、温度制御回路15による制御温度範囲内で位相整合が行えるような分極反転周期で分極反転構造が形成された擬似位相整合素子である。擬似位相整合素子は、例えばLiNbO3、LiTaO3、MgO:LiNbO3、MgO:LiTaO3、KNbO3、KTiOPO4に分極反転処理を施すことにより得られる。分極反転周期の異なる擬似位相整合素子を予め用意しておき、半導体レーザ1の温度に応じて選択して非線形光学結晶4として用いる。
非線形光学結晶4を通過する1064nmのレーザ光は、第二高調波である532nmの光に変換されて光共振器6から出力される。
The nonlinear optical crystal 4 is a quasi phase matching element in which a polarization inversion structure is formed with a polarization inversion period so that phase matching can be performed within a temperature range controlled by the temperature control circuit 15. The quasi phase matching element is obtained, for example, by subjecting LiNbO 3 , LiTaO 3 , MgO: LiNbO 3 , MgO: LiTaO 3 , KNbO 3 , KTiOPO 4 to polarization inversion. Pseudo phase matching elements having different polarization inversion periods are prepared in advance and selected according to the temperature of the semiconductor laser 1 to be used as the nonlinear optical crystal 4.
The 1064 nm laser light passing through the nonlinear optical crystal 4 is converted into light of 532 nm, which is the second harmonic, and output from the optical resonator 6.

ベース12は、アルミや銅、銅タングステンなどの良熱伝導体を整形したものである。
バネ18は、ペルチェ素子13を挟んでベース12を筐体17に押しつけるように付勢すると共にベース12の他の部分を筐体17から浮かすようにベース12を支持している。
バネ18が熱伝達しないように、バネ18の全体またはベース12に接触する部分は高分子材料でできている。
ベース12とペルチェ素子13の間およびペルチェ素子13と筐体17の間には熱伝導性グリースまたは熱伝導シートを挟み、熱伝導を良くしている。なお、ベース12とペルチェ素子13とを接着または半田付けしてもよい。
The base 12 is formed by shaping a good thermal conductor such as aluminum, copper, or copper tungsten.
The spring 18 urges the base 12 to be pressed against the casing 17 with the Peltier element 13 interposed therebetween, and supports the base 12 so that other portions of the base 12 are floated from the casing 17.
The whole of the spring 18 or the portion that contacts the base 12 is made of a polymer material so that the spring 18 does not transfer heat.
A heat conductive grease or a heat conductive sheet is sandwiched between the base 12 and the Peltier element 13 and between the Peltier element 13 and the housing 17 to improve heat conduction. The base 12 and the Peltier element 13 may be bonded or soldered.

必要に応じて、ゴーストを防ぐため532nmに対するARコートを表面に施した円柱レンズを用いて、ビームエキスパンダ9から出力された平行ビームを扇状ビームに変換する。   If necessary, the parallel beam output from the beam expander 9 is converted into a fan-shaped beam by using a cylindrical lens having an AR coating for 532 nm on its surface to prevent ghosting.

図4にグリーンレーザ出力特性を示す。
実線は本発明の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ100であり、破線はマルチモードの半導体レーザを用いたレーザポインタである。
比較すれば判るように、本発明の方が駆動電流を70mA程度小さく出来る。
FIG. 4 shows the green laser output characteristics.
The solid line is the laser pointer 100 using the semiconductor laser pumped solid state laser of the present invention, and the broken line is the laser pointer using a multimode semiconductor laser.
As can be seen from the comparison, the present invention can reduce the drive current by about 70 mA.

実施例1に係るレーザポインタ100によれば、次の効果が得られる。
(1)縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザは、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を最小化できる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザの発熱が小さく、温度制御に要する電力を最小化できる。
(2)吸収率の変動が小さい波長範囲内に半導体レーザ1の縦モードが3本以上存在するため、その間でモードホップしても波長の飛びに対する固体レーザ媒質3の吸収率の変動は小さく、APC回路11による制御で出力を安定にすることが出来る。
(3)乾電池駆動が可能になり、ポータブル使用可能な、視認性のよい緑色ビームのレーザ墨出し装置を実現できる。
(4)ペルチェ素子13でベース12の温度制御をしているから、携帯する人の体温や周囲の温度の影響を受けず、半導体レーザ1や固体レーザ媒質3や非線形光学結晶4を一定の温度に保つことが出来る。従って、過剰な余裕を持たせて半導体レーザ1を駆動する必要がなくなり、半導体レーザ1の駆動電流を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。また、ペルチェ素子13を駆動するための電力が小さくて済み、温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動が可能になる。さらに、非線形光学素子4で発生する第二高調波の出射方向の温度変化がないため、レーザ出力の方向も変動しなくなる。
According to the laser pointer 100 according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A single mode semiconductor laser in both the longitudinal mode and the transverse mode has a low oscillation threshold and a high electro-optical conversion efficiency, and therefore can minimize the drive current. Further, since the electro-optical conversion efficiency is high, the heat generated by the semiconductor laser is small, and the power required for temperature control can be minimized.
(2) Since there are three or more longitudinal modes of the semiconductor laser 1 within a wavelength range in which the variation of the absorptance is small, the variation of the absorptance of the solid-state laser medium 3 with respect to the wavelength jump is small even if mode hopping between them The output can be stabilized by the control by the APC circuit 11.
(3) It is possible to drive a dry battery, and to realize a green beam laser marking device that can be portable and has good visibility.
(4) Since the temperature of the base 12 is controlled by the Peltier element 13, the semiconductor laser 1, the solid-state laser medium 3 and the nonlinear optical crystal 4 are kept at a constant temperature without being affected by the body temperature of the person carrying them or the ambient temperature. Can be kept. Accordingly, there is no need to drive the semiconductor laser 1 with an excess margin, the driving current of the semiconductor laser 1 can be minimized, and dry cell driving is possible. In addition, the electric power for driving the Peltier element 13 can be small, the electric power required for temperature control can be minimized, and dry cell driving is possible. Further, since there is no temperature change in the emission direction of the second harmonic generated by the nonlinear optical element 4, the direction of the laser output does not change.

図5は、実施例2に係るレーザポインタ200を示す構成図である。
このレーザポインタ200では、固体レーザ媒質3と非線形光学結晶4を接着剤などで貼り合せ、非線形光学結晶4の反半導体レーザ側の端面には1064nmでは高反射率、532nmでは低反射率のコーティングが施されている。つまり、結晶内部で光共振器6が構成されている。そして、ミラー5が省略されている。その他は、実施例1に係るレーザポインタ100と同じである。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a laser pointer 200 according to the second embodiment.
In this laser pointer 200, the solid-state laser medium 3 and the nonlinear optical crystal 4 are bonded with an adhesive or the like, and the end surface of the nonlinear optical crystal 4 on the anti-semiconductor laser side has a high reflectance at 1064 nm and a low reflectance coating at 532 nm. It has been subjected. That is, the optical resonator 6 is configured inside the crystal. The mirror 5 is omitted. The rest is the same as the laser pointer 100 according to the first embodiment.

実施例2に係るレーザポインタ200によれば、固体レーザ媒質3と非線形光学結晶4とを貼り合わせることで温度制御対象をコンパクトにすることが出来るため、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。   According to the laser pointer 200 according to the second embodiment, the temperature control target can be made compact by bonding the solid-state laser medium 3 and the nonlinear optical crystal 4, so that the power required for temperature control can be further reduced. I can do it.

固体レーザ媒質3として、Nd:YVO4の代わりに、Nd:GdVO4、Nd:YLF、Nd:YAG単結晶、Nd:YAGの微細結晶を焼結したセラミックYAGなどを用いてもよい。 As the solid-state laser medium 3, Nd: GdVO 4 , Nd: YLF, Nd: YAG single crystal, ceramic YAG obtained by sintering fine crystals of Nd: YAG, or the like may be used instead of Nd: YVO 4 .

本発明の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタは、レーザ墨出し器に利用できる。   The laser pointer using the semiconductor laser excitation solid-state laser of the present invention can be used for a laser marking device.

実施例1に係るレーザポインタを示す構成説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a laser pointer according to the first embodiment. 半導体レーザの出力特性図である。It is an output characteristic view of a semiconductor laser. 固体レーザ媒質の吸収率特性図である。It is an absorptivity characteristic view of a solid laser medium. 実施例1に係るレーザポインタのグリーンレーザ出力特性図である。6 is a green laser output characteristic diagram of the laser pointer according to Embodiment 1. FIG. 実施例2に係るレーザポインタを示す構成説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a laser pointer according to a second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体レーザ
3 固体レーザ媒質
4 非線形光学結晶
6 光共振器
12 ベース
13 ペルチェ素子
14 サーミスタ
15 温度制御回路
16 乾電池
100,200 半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 3 Solid state laser medium 4 Nonlinear optical crystal 6 Optical resonator 12 Base 13 Peltier element 14 Thermistor 15 Temperature control circuit 16 Dry cell 100,200 Laser pointer using semiconductor laser excitation solid state laser

Claims (5)

縦モードおよび横モード共に0次の基本モードで発振する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザの駆動電流を制御する駆動電流制御手段と、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段とを具備し、前記固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を含み且つ前記第二高調波の強度変動が仕様値の範囲内に収まるような波長範囲内に前記半導体レーザの縦モードが3本以上存在することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ。 A semiconductor laser that oscillates in a zeroth-order fundamental mode in both the longitudinal mode and the transverse mode, a solid-state laser medium that is excited by laser light output from the semiconductor laser, and an optical resonator that includes the solid-state laser medium and is contained in the optical resonator A nonlinear optical crystal that outputs a second harmonic of a fundamental wave oscillated by an optical resonator; drive current control means for controlling the drive current of the semiconductor laser; and temperature control means for controlling the temperature of the semiconductor laser. And there are three or more longitudinal modes of the semiconductor laser in the wavelength range including the wavelength at which the absorptance of the solid-state laser medium is maximum and the intensity fluctuation of the second harmonic falls within the specification value range. A laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser. 請求項1に記載の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記波長範囲が、前記固体レーザ媒質の吸収率が最大となる波長を中心とする±0.5nmの波長範囲であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ。 2. The laser pointer using the semiconductor laser pumped solid-state laser according to claim 1, wherein the wavelength range is a wavelength range of ± 0.5 nm centering on a wavelength at which the absorption rate of the solid-state laser medium is maximum. A laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser. 請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ。 3. A laser pointer using the semiconductor laser-pumped solid-state laser according to claim 1 or 2, wherein an end face of the solid-state laser medium on the anti-nonlinear optical crystal side and an end face of the non-linear optical crystal on the anti-solid laser medium side are fundamentally provided. A laser pointer using a semiconductor laser-pumped solid-state laser, wherein a mirror coat for waves is applied and an optical resonator is formed by the both end faces. 請求項3に記載の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ。 4. A laser pointer using the semiconductor laser pumped solid-state laser according to claim 3, wherein an end surface of the solid-state laser medium that is not mirror-coated and an end surface of the nonlinear optical crystal that is not mirror-coated are bonded together. A laser pointer using a semiconductor laser pumped solid-state laser. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタにおいて、該半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタが乾電池駆動であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ。 5. A laser pointer using the semiconductor laser pumped solid laser according to claim 1, wherein the laser pointer using the semiconductor laser pumped solid laser is driven by a dry cell. Laser pointer using a laser.
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